中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員王二東團(tuán)隊(duì)提出了雙相電解液策略，有效抑制了鋅金屬負(fù)極的枝晶生長(zhǎng)和析氫反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了鋅金屬電池的長(zhǎng)壽命運(yùn)行。近日，相關(guān)成果發(fā)表于《美國(guó)化學(xué)會(huì)能源快報(bào)》。

水系鋅金屬電池具有高安全性、低成本、環(huán)境友好以及較高的能量密度和功率密度等優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是一種具有應(yīng)用前景的大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)。然而，鋅負(fù)極的不均勻沉積及其在水系電解液中的熱力學(xué)不穩(wěn)定性，導(dǎo)致了枝晶和析氫問(wèn)題，限制了水系鋅金屬電池的循環(huán)壽命。

針對(duì)上述問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)在前期工作中構(gòu)建了人工固態(tài)電解質(zhì)界面間相，調(diào)控鋅負(fù)極表面均勻的Zn2+通量，并促進(jìn)鋅脫溶劑化，實(shí)現(xiàn)了高穩(wěn)定性的鋅負(fù)極。隨后，團(tuán)隊(duì)通過(guò)鹽析效應(yīng)構(gòu)建了一種雙相電解液體系。該體系的負(fù)極側(cè)電解液富含有機(jī)溶劑，而正極側(cè)電解液以水溶液為主。此外，團(tuán)隊(duì)探究了雙相電解液的制備過(guò)程和規(guī)律，提出電解液各組分的選擇標(biāo)準(zhǔn)。

研究發(fā)現(xiàn)，富有機(jī)相電解液不僅降低了水含量，還改變了Zn2+的溶劑化結(jié)構(gòu)，還原位形成了均勻的固態(tài)電解質(zhì)界面間相。這種協(xié)同作用有助于抑制水引發(fā)的腐蝕反應(yīng)和枝晶生長(zhǎng)，從而實(shí)現(xiàn)較高的平均庫(kù)侖效率和較長(zhǎng)的循環(huán)壽命。在正極側(cè)，水相電解質(zhì)保持了32 mS/cm 的離子傳導(dǎo)率，殘留的NMP分子改變了電極/電解質(zhì)的界面特性。采用雙相電解質(zhì)組裝的鋅—聚苯胺全電池，在倍率、循環(huán)和儲(chǔ)存性能方面均優(yōu)于傳統(tǒng)的硫酸鋅電解液基電池。