乔世璋院士：最新Angew.！

共晶电解液作为一种新兴电解液体系，在能源储存领域受到广泛关注。然而，迄今为止，所有报道的锌电池中使用的共晶电解液都基于ZnCl₂、Zn(CF₃SO₃)₂、Zn(TFSI)₂等盐类，而非ZnSO₄·7H₂O。然而，这些电解液存在严重的安全隐患和高昂的价格。因此，开发一种高度安全且经济实惠的共晶电解液变得尤为迫切。

在此，阿德莱德大学乔世璋院士团队基于之前的工作进一步探究了ZnSO₄·7H₂O晶体在不同溶剂下的溶解度。结果表明ZnSO₄·7H₂O晶体在多元醇中，如乙二醇(EG)、丙二醇(PG)和甘油，溶解度很高。在乙二醇中，ZnSO₄·7H₂O晶体的溶解度(~4.5m)竟然高于纯水溶剂 (~3.5m)。

研究表明ZnSO₄·7H₂O晶体可以与多元醇形成共晶电解液。以ZnSO₄·7H₂O晶体和丙二醇(PG)的水合共晶电解液(简称HEE)为例，通过运用分子动力学模拟和密度泛函理论计算，揭示了多元醇与锌之间的溶剂化机制。相对于纯水系ZnSO₄电解液，HEE具有更低的I^–离子溶解度，有效地遏制了电池运行过程中I₃^–和I₅^–的产生。

图1. ZnSO₄基HEE

总之，该工作报道的丙二醇基水合物的共晶电解质，具有显著的防火性能和非常低的价格，价格达到ZnCl₂/Zn(CF₃SO₃)₂/Zn(TFSI)₂的<1/200。此外，HEE可以推迟氢析出反应的启动电位，并显著抑制枝晶的生长，确保了锌负极可达到99.9%的高库仑效率(CE)，并且具备超过2000小时的循环寿命。在极端低温条件下(-30°C)，HEE电解液仍然能够保持超过1000个循环，同时展现出优异的抗冻性能。

值得注意的是，与传统的水/有机混合电解液不同，HEE电解液由于多元醇的高溶剂化能力，具备了非易燃的特性，从而保障了锌电池的使用安全。这种新型电解液的卓越特性不仅使得锌-碘电池在严苛的工作环境下具有潜力，还使其在大规模应用方面更加切实可行，例如用于具备33.3 mg cm⁻²高负载的软包电池500次循环后的容量仍高达96.7 %，比其他溶液电池的性能更好。因此，该项工作显著拓宽了共晶电解质的种类，有助于设计新型Zn电池。

图2. 全电池表征

Low-cost and Non-flammable Eutectic Electrolytes for Advanced Zn–I2 Batteries, Angewandte Chemie International Edition 2023 DOI: 10.1002/anie.202310284

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