杨全红/翁哲/韩大量AEM：打破连续氢键网络实现高倍率的水合有机锌电池

锌电池在能源储存方面极具潜力，但在水系电解质中存在严重的枝晶生长、腐蚀和析氢问题。尽管不易燃的含水有机电解质在解决这些问题方面具有显著功效，但离子传导性不足严重阻碍了含水有机锌电池的倍率性能。

在此，天津大学杨全红教授、翁哲教授、韩大量副研究员团队将甲醇作为乙二醇（EG）基水合有机电解质的辅助溶剂，其甲基端基可以打断EG之间连续的分子间氢键网络。该电解液不仅可以促进ZnF₂ 固体电解质界面层的原位形成，以减轻Zn枝晶的生长和副反应，而且还具有低成本和不易燃的特点。

图1. Zn²⁺ Zn(BF₄)₂ /EG-MeOH 电解液的传输能力评估

总之，该工作提出了一种共溶剂策略实现高倍率的水合有机锌电池。研究发现，通过对共溶剂分子不同末端基团的取代和终止，打断了主溶剂分子之间连续的 “手拉手”网络，使电解质的粘度大大降低，离子导电性增强。在加入MeOH助溶剂后，优化的电解质提供了双倍的离子电导率（23.7 mS cm⁻¹）和出色的低温耐受性，同时具有低成本、不可燃性以及与两种电极的良好兼容性等优点。使用该电解质，Zn负极在0.5 mA cm^‒2和2 mA cm^‒2的情况下保持了超过4000 h的长循环稳定性，在5 mAh cm^‒2 的高容量下保持了99.5%的高库伦效率（CE）。

此外，通过调整溶剂分子之间的分子界面互作用，该电解液显示出良好的低温耐受性，在低至-60℃的温度下实现了99% CE。即使在极端条件下，包括针刺、包装破损、暴露在火中和暴露在空气中超过150天，组装好的小软包电池仍然能够工作，这表明该电解液具有较好的安全性和实用性。因此，该工作提供了一个简单而有效的电解质工程方法可实现高速的锌电池。

图2. Zn||V2O5电池使用不同电解质的性能

Breaking Consecutive Hydrogen-Bond Network Toward High-Rate Hydrous Organic Zinc Batteries, Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202301466

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