【儀表網 研發快訊】近日，大連化物所無機膜與催化新材料研究組(504組)楊維慎研究員、朱凱月研究員團隊在釩基水系鋅離子電池研究中取得新進展。團隊通過在電解液中構建互鎖型強氫鍵網絡，有效降低了水溶劑中氧和氫的反應活性，從而抑制了正負電極的腐蝕。
水系鋅離子電池具有本征安全、成本低、離子電導率高等優點，在大規模儲能領域展現出廣闊的應用前景，其中，層狀釩氧化物因具備高比容量(>300 mAh g-1)、反應機制簡單、高面載量適配性強(> 15 mg cm-2)等特點而備受關注。然而，高活性水分子引發正極側的釩溶解和不可逆副反應，以及負極側的腐蝕與析氫等問題，嚴重限制了電池的循環壽命，尤其在低電流密度條件下表現更為突出。目前，電解液優化策略多集中于鋅負極的調控，對正極側穩定性的系統性探索仍然不足。
在本工作中，團隊引入乙二醇作為共溶劑，并利用硫酸根離子的結構強化作用，在電解液中構建了一種互鎖型強氫鍵網絡。乙二醇具有豐富的氫鍵供受體，并具有良好的鋅鹽溶解能力，可與活性水產生雙位點氫鍵錨定效應，抑制水分子中氧對釩基正極及氫對鋅負極的“進攻”。更重要的是，硫酸根離子的特異性結構強化能力，能夠增強互鎖型氫鍵網絡的錨定強度，從而抑制了正極側的活性釩溶解及負極側的析氫與腐蝕。 此外，研究還發現，乙二醇可通過調控鋅離子溶劑化結構，加速鋅離子在正極側的嵌入動力學，并有效提高由質子嵌入所引發副反應的可逆性。得益于上述效應，電池在0.5 A g-1電流密度下循環500次后，容量保持率仍可達87%。基于該電解液制備的2.0 Ah軟包電池，在4 A的電流下實現了4.4 mAh cm-2的面容量，經過70次循環后仍能保持80%的容量保持率。
相關研究成果以“Constructing Robust Hydrogen Bond Networks in Electrolytes for Long-Life Zinc-Ion Batteries”為題，于近日發表在《德國應用化學》(Angewandte Chemie International Edition)上。該工作的第一作者是我所504組博士研究生歐祖翹。上述工作得到了國家自然科學基金、遼寧省科技重大專項、遼寧省興遼英才計劃、大連市科技創新人才支持計劃等項目的資助，并獲得了大連相干光源生物分子高分辨質譜實驗站王方軍研究員團隊在質譜測試與分析方面提供的技術支持。(文/圖 歐祖翹、朱凱月)
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