麦立强/罗雯Small Methods：共溶剂电解液设计抑制K+/Zn2+混合电池的相变

六氰合铁酸锰（MnHCF）具有无毒、能量密度高、成本低等优点，是最有前景的水系电池正极材料之一。但是从MnHCF到六氰合铁酸锌（ZnHCF）的相变以及Zn²⁺较大的斯托克斯半径会导致水系锌电池快速的容量衰减和较差的倍率性能。

图1 电解液设计

武汉理工大学麦立强、罗雯等设计并构建了碳酸丙烯酯（PC）-三氟甲磺酸（OTF）-H₂O的溶剂化结构，以解决上述难题。具体而言，这项工作以MnHCF为正极，锌金属为负极，KOTf/Zn(OTf)₂为电解液，PC为共溶剂，制备了K⁺/Zn²⁺混合电池。

研究显示，PC的加入可以有效地调整电解液的溶剂化结构，形成PC-OTF-H₂O的手拉手结构，在一定程度上抑制了MnHCF向ZnHCF的相变，此外，PC的加入还抑制了锌的枝晶生长和析氢反应。

图2 电解液的溶剂化结构表征

受益于上述优势，MnHCF/Zn混合共溶剂电池在1 A g^-1条件下表现出118 mAh g^-1的可逆容量和高循环性能，循环1000次后容量保持率为65.6%，并在2.5 A g^-1条件下循环8000次后容量保持率为66.7%。

该研究结果表明，合理设计电解液的溶剂化结构对高能量密度水系混合离子电池的开发具有重要意义。

图3 电化学性能研究

Co-Solvent Electrolyte Design to Inhibit Phase Transition toward High Performance K+/Zn2+ Hybrid Battery. Small Methods 2023. DOI: 10.1002/smtd.202300617

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