中國儲能網(wǎng)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(gòu)建互鎖型強氫鍵網(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(yōu)點，在大規(guī)模儲能領(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)機制簡單、高面載量適配性強（> 15mg cm-2）等特點而備受關(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)，以及負極側(cè)的腐蝕與析氫等問題，嚴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極的調(diào)控，對正極側(cè)穩(wěn)定性的系統(tǒng)性探索仍然不足。
在本工作中，團隊引入乙二醇作為共溶劑，并利用硫酸根離子的結(jié)構(gòu)強化作用，在電解液中構(gòu)建了一種互鎖型強氫鍵網(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)生雙位點氫鍵錨定效應(yīng)，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(jié)構(gòu)強化能力，能夠增強互鎖型氫鍵網(wǎng)絡(luò)的錨定強度，從而抑制了正極側(cè)的活性釩溶解及負極側(cè)的析氫與腐蝕。 此外，研究還發(fā)現(xiàn)，乙二醇可通過調(diào)控鋅離子溶劑化結(jié)構(gòu)，加速鋅離子在正極側(cè)的嵌入動力學，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87%?；谠撾娊庖褐苽涞?.0 Ah軟包電池，在4A的電流下實現(xiàn)了4.4 mAh cm-2的面容量，經(jīng)過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《德國應(yīng)用化學》（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(chuàng)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(zhì)譜實驗站王方軍研究員團隊在質(zhì)譜測試與分析方面提供的技術(shù)支持。
