新型水系电解液显著提升水系锌基电池的耐低温性能

近日，《能源与环境科学》报道了低温水系锌基电池研究领域的新进展，中科院大连化物所的研究人员研发出一种耐低温、经济、安全、环保的水系锌基电池用混合电解液。

随着对于资源有效利用、绿色安全、环境保护的不断重视，水系锌基电池受到科研人员的积极关注及重新审视。水系锌基电池具有高安全性、高能量密度以及对环境友好的特点，但是基于水系电解液的锌基电池也存在很多不可避免的弊端，比如水系电解液的狭窄电化学稳定窗口限制对电极材料的选择，导致了低的电池电压；水系电解液离子传导率随着温度降低而急剧下降，使得该体系电池在低温下无法运行，这些因素极大地限制了水系锌基电池的应用。

鉴于此，中国科学院大连化学物理研究所研究员李先锋、张华民带领团队使用水（H₂O）、乙二醇（EG）和硫酸锌（ZnSO₄）设计了一种新的电解液，该电解液在低温下具有较高的离子电导率（-40°C时为6.9mS/cm）。通过实验和理论计算，研究人员阐明了锌离子-乙二醇分子间独特的相互作用，能显著提高乙二醇—水分子间氢键相互作用，从而有效地破坏电解液中水分子间连续的氢键，大大降低混合电解液的凝固点，在低温下实现锌离子的快速传输。同时，锌离子—乙二醇溶剂化作用可提高锌沉积/溶解的可逆性，改善锌负极的沉积形貌。

此外，研究还发现，采用该混合电解液构筑的锌离子混合超级电容器（ZHSC）和锌离子电池（ZIB）在-20℃均展现出高能量密度（ZHSC为36 Whkg ^-1和ZIB为121 Whkg ^-1），高功率密度（ZHSC为3.1 kWkg^-1和ZIB为1.7 kWkg ^-1）和较长的使用寿命（ZHSC的110天为5500循环，ZIB为250循环）的特点。而且，通过调控混合电解液不同配比，可以使其能够耐受不同程度的低温，实现在不同环境下的使用。

该电解液的研发，显著的提高了水系锌基离子电池能量密度和耐低温性能，为水系锌基离子电池的大规模应用提供了良好的前景。