南开陶占良教授NML：低温水系锌离子电池阴阳离子的协同效应

尽管水系锌离子电池（AZIBs）由于其诸多优点而获得了很大的发展，但水系电解液在低温下易冻结阻碍了其在低温条件下的实际应用。

在此，南开大学陶占良教授等人通过多视角表征证明了阳离子和阴离子破坏原始水分子氢键网络的协同作用。然后，提出了一种3.5 M Mg(ClO₄)₂ + 1 M Zn(ClO₄)₂的水盐水合物深共熔溶剂，通过引入氧配体Mg²⁺和氢配体ClO₄^–显著降低了水分子中氢键的比例，导致其凝固点低至-121 °C。

由于不含有机添加剂，这种新型水合盐在-70 °C下具有1.41 mS cm^-1的高离子电导率和22.9 mPa s的低粘度，这意味着该电解液的快速离子传输行为。

图2. 阳离子和阴离子对冰点降低的协同作用

基于3.5 M电解液的显著抗冻特性，开发了有机小分子芘-4,5,9,10-四酮（PTO）和吩嗪（PNZ）来制造低温AZIBs。凭借低温电解液的优势，制备的Zn||PTO和Zn||PNZ电池表现出令人满意的低温性能。

例如，在-70 °C的低温下，Zn||PTO电池在0.5 C (200 mA g^-1) 时显示出101.5 mAh g^-1高放电容量，即使在3 C (1.2 A g^-1) 的高倍率下，电池容量仍高达71 mAh g^-1。这项工作为设计防冻水系电解液提供了独特的视角，促进了低温AZIBs的发展。

图2. 水系锌离子电池的低温电化学性能

Synergistic Effect of Cation and Anion for Low-Temperature Aqueous Zinc-Ion Battery, Nano-Micro Letters 2021. DOI: 10.1007/s40820-021-00733-0

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