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研究概述

低溫鋅金屬電池（ZMBs）在高電流密度下特別容易受到鋅枝晶生長的挑戰。

基于此，2024年11月12日，南開大學陳軍院士/陶占良教授在國際期刊Journal of the American Chemical Society發表題為《Electrolyte Design via Cation–Anion Association Regulation for High-Rate and Dendrite-Free Zinc Metal Batteries at Low Temperature》的研究論文。

在這里，研究人員從分子間關系出發，報告了一種通過匹配不同介電常數溶劑來調節陽離子-陰離子締合的策略，并揭示了陽離子-陰離子締合強度與低溫下鋅沉積/剝離性能之間的關系。

綜合表征和理論計算表明，具有高離子電導率（在-40°C時為12.09 mS cm^–1）的離子締合電解液和穩定的陰離子衍生固體電解質界面（SEI），共同導致了高度可逆且無枝晶的鋅沉積/剝離行為，從而在低溫下實現了高倍率和超穩定的循環性能。

結果表明，在-40°C時，Zn//Zn電池可以在5 mA cm^–2和10 mAh cm^–2下穩定循環超過400小時，Zn//Cu電池在1 mA cm^-2和1 mAh cm^-2下循環1800次，平均庫侖效率（CE）達到99.91%。

得益于低溫鋅沉積/剝離性能的增強，Zn//PANI全電池在0.5A g^–1下穩定運行12,000次，在5 A g^–1下可穩定運行35,000次循環。

令人印象深刻的是，在-60°C時，Zn//Cu電池在2000次循環中仍然顯示出99.68%的高平均CE值。

這項工作強調了陽離子-陰離子締合調節對于高倍率和無枝晶鋅金屬負極的重要作用，加深了對低溫電解液設計中分子間相互作用的理解。

圖文解讀

圖1：不同介電常數溶劑對電解液性能的影響

圖2：Zn沉積/剝離的電化學性能和沉積形態

圖3：Zn//PANI全電池在不同條件下的性能

文獻信息

Electrolyte Design via Cation–Anion Association Regulation for High-Rate and Dendrite-Free Zinc Metal Batteries at Low Temperature,?Journal of the American Chemical Society,?2024.

原創文章，作者：zhan1，如若轉載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2024/11/13/b7d18bf721/

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