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我国学者实现宽温域锌金属电池突破性进展
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我国学者实现宽温域锌金属电池突破性进展 日前，记者从海南大学获悉，该校海洋清洁能源创新团队副教授邢振月在宽温域水系锌金属电池研究领域取得重大突破，相关研究成果发表于能源化学领域期刊《德国应用化学》。 据悉，水系锌金属电池凭借高安全性、低成本与环境友好性，在大规模储能领域展现出广阔的应用前景。然而，该技术长期受两大瓶颈制约：一方面，锌负极在水系环境中易发生枝晶生长、析氢腐蚀及钝化等副反应，严重缩短电池循环寿命；另一方面，传统水系电解液工作温度范围狭窄，低温下易凝固导致离子电导骤降，高温下则副反应加剧，极大限制了其在极端环境中的应用场景。 现有研究聚焦于通过高浓度“盐包水”、离子液体、凝胶电解质等策略解决上述问题，但高浓度电解液存在成本高、黏度大的缺陷，有机溶剂添加剂则会因与锌离子强配位导致脱溶剂化能垒升高，引发界面动力学迟滞与库伦效率下降。因此，开发兼具副反应抑制能力与宽温域离子传输性能的电解液，成为水系锌金属电池实用化的关键突破口。 针对这一难题，研究团队受生物抗冻机制启发，创新选用天然脯氨酸分子作为电解液添加剂（P-4）。脯氨酸分子中丰富的氢键供体/受体可有效破坏水分子间的规则氢键网络，不仅能有效降低电解液冰点，确保其在低温环境下仍能保持良好的流动性与离子传导能力，还能显著减少自由水含量，抑制锌负极的析氢腐蚀等副反应。 同时，脯氨酸未直接参与锌离子的一级溶剂化壳层配位，其通过与水分子的强相互作用减少配位水数量，构建出无有机物配位的弱溶剂化结构。结合X射线吸收精细结构谱、分子动力学模拟等表征手段证实，该结构可将锌离子脱溶剂化能垒大幅降低，显著提升电极界面的离子迁移速率与电荷转移动力学，完美解决了传统电解液在宽温域下“低温传导差、高温副反应多”的核心矛盾。 实验数据显示，基于P-4电解液的聚苯胺||锌电池展现出优异的长循环寿命和高倍率性能：在60℃高温、2安每克高电流密度下，可逆容量高达173.6毫安时每克；-30℃低温环境中循环1300圈后，容量保持率仍达93.6%；此外，聚苯胺||锌软包电池在-20℃下实现超500次稳定循环，充分验证了该技术的实际应用潜力。 邢振月表示，本研究给出了高安全、经济的宽温电解液的设计新思路，进一步推动了水系锌金属电池的实用化进展。 相关论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202516974 |
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