中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：近日，大連化物所無(wú)機(jī)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(tuán)隊(duì)在釩基水系鋅離子電池研究中取得新進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)通過(guò)在電解液中構(gòu)建互鎖型強(qiáng)氫鍵網(wǎng)絡(luò)，有效降低了水溶劑中氧和氫的反應(yīng)活性，從而抑制了正負(fù)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(dǎo)率高等優(yōu)點(diǎn)，在大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景，其中，層狀釩氧化物因具備高比容量（>300 mAh g-1）、反應(yīng)機(jī)制簡(jiǎn)單、高面載量適配性強(qiáng)（> 15mg cm-2）等特點(diǎn)而備受關(guān)注。然而，高活性水分子引發(fā)正極側(cè)的釩溶解和不可逆副反應(yīng)，以及負(fù)極側(cè)的腐蝕與析氫等問(wèn)題，嚴(yán)重限制了電池的循環(huán)壽命，尤其在低電流密度條件下表現(xiàn)更為突出。目前，電解液優(yōu)化策略多集中于鋅負(fù)極的調(diào)控，對(duì)正極側(cè)穩(wěn)定性的系統(tǒng)性探索仍然不足。
在本工作中，團(tuán)隊(duì)引入乙二醇作為共溶劑，并利用硫酸根離子的結(jié)構(gòu)強(qiáng)化作用，在電解液中構(gòu)建了一種互鎖型強(qiáng)氫鍵網(wǎng)絡(luò)。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(chǎn)生雙位點(diǎn)氫鍵錨定效應(yīng)，抑制水分子中氧對(duì)釩基正極及氫對(duì)鋅負(fù)極的“進(jìn)攻”。更重要的是，硫酸根離子的特異性結(jié)構(gòu)強(qiáng)化能力，能夠增強(qiáng)互鎖型氫鍵網(wǎng)絡(luò)的錨定強(qiáng)度，從而抑制了正極側(cè)的活性釩溶解及負(fù)極側(cè)的析氫與腐蝕。 此外，研究還發(fā)現(xiàn)，乙二醇可通過(guò)調(diào)控鋅離子溶劑化結(jié)構(gòu)，加速鋅離子在正極側(cè)的嵌入動(dòng)力學(xué)，并有效提高由質(zhì)子嵌入所引發(fā)副反應(yīng)的可逆性。得益于上述效應(yīng)，電池在0.5 A g-1電流密度下循環(huán)500次后，容量保持率仍可達(dá)87%?；谠撾娊庖褐苽涞?.0 Ah軟包電池，在4A的電流下實(shí)現(xiàn)了4.4 mAh cm-2的面容量，經(jīng)過(guò)70次循環(huán)后仍能保持80%的容量保持率。
相關(guān)研究成果以“Constructing Robust Hydrogen Bond Networks in Electrolytes for Long-Life Zinc-Ion Batteries”為題，于近日發(fā)表在《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》（Angewandte Chemie International Edition）上。該工作的第一作者是大連化物所504組博士研究生歐祖翹。上述工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、遼寧省科技重大專(zhuān)項(xiàng)、遼寧省興遼英才計(jì)劃、大連市科技創(chuàng)新人才支持計(jì)劃等項(xiàng)目的資助，并獲得了大連相干光源生物分子高分辨質(zhì)譜實(shí)驗(yàn)站王方軍研究員團(tuán)隊(duì)在質(zhì)譜測(cè)試與分析方面提供的技術(shù)支持。
