任晓迪/陶占良Angew.：基于胶体分散电解质的耐-30℃水系电池！

低温下的电解液冻结是开发水系电池（ABs）的一个关键问题。虽然降低电解液的冰点已经引起了科研人员的研究工作，但人们对电解液冻结过程中的结构演变和调控低温ABs的冷冻电解液结构的关注有限。

中科大任晓迪、南开大学陶占良等揭示了冷冻水系电解液的一般相演化方案和基本的离子传导机制，证明了其在低温应用中的普遍可行性。

图1. ABs的室温和低温电化学性能

具体而言，作者利用原位变温技术阐明了冷冻电解液中相互连接的液域的形成过程。研究发现，电池性能与低温下水系电解液的三阶段相变过程直接相关，即液相、冰/浓缩液相和盐析相。

更重要的是，受用于生物研究的细胞冷冻知识的启发，这项工作将少量的氧化石墨烯量子点（GOQDs）加入到水系电解液中，形成胶体分散体，有效地抑制了冰晶的生长，扩大了离子传输的互连液体区域，显著提高了低温下的电池容量和循环稳定性。

图2. 水系电解液的结构随温度变化的演变

结果，在-30℃时，含GOQDs的胶体分散电解质大大提高了电池容量的保持率，达到了室温下的74%，并使电池的循环极为稳定，超过1000次。

总体而言，调控冷冻电解液的结构对于低温ABs的基础研究和实际应用至关重要，这种新的胶体电解质设计策略证明了”非常规”电解液添加剂在电池应用中的可行性，为低温ABs的电解液设计提供了新的见解和有希望的策略。

图3. 含有GOQD的ABs的低温行为研究

Regulating Frozen Electrolyte Structure with Colloidal Dispersion for Low Temperature Aqueous Batteries. Angewandte Chemie International Edition 2023. DOI: 10.1002/anie.202217671

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任晓迪/陶占良Angew.：基于胶体分散电解质的耐-30℃水系电池！

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