水系锌电池由于锌负极的丰富性、较高的理论容量（820 mAh g -1和5851 mAh cm -3）以及与水的相容性，在电网储能方面有着广阔的应用前景。然而，由于水的消耗和锌枝晶的生长，锌电池的电沉积/剥离库仑效率（CE）较低，这对电池的寿命提出了挑战。此外，水系电解液的凝固温度较高，限制了水系锌电池的低温性能。近年来，通过分子水平设计，水系电解液的凝固温度可降低至-70℃。通过固体电解质界面的设计来抑制锌枝晶的形成并提高电池的CE，成为高性能水系锌电池的关键问题。

近日，马里兰大学王春生教授通过使用具有0.05 m SnCl 2添加剂的共晶7.6 m ZnCl 2水系电解液，来克服锌枝晶生长和低温性能差的两个挑战，该电解液原位形成了亲锌/疏锌 Sn/Zn 5(OH) 8Cl 2•H 2O双层界面，并能够在低温下运行。

文章亮点：

1. 亲锌Sn可降低Zn沉积/剥离过电位并促进均匀Zn沉积，而疏锌Zn 5(OH) 8Cl 2•H 2O顶层则抑制Zn枝晶生长。

2. 由于溶剂化的Zn 2+和Cl -导致氢键网络畸变，因此即使在-70 °C下，共晶电解液也具有~0.8 mS cm -1的高离子电导率。

3. 共晶电解液使Zn||Ti半电池在200次循环中具有>99.7%的高CE，并使Zn||Zn 电池稳定充电/放电500小时，并在 3 mA cm -2下具有 8 mV 的低过电位。

4. Zn||VOPO 4电池在-50 °C下循环200次后可保持>95%的容量和>99.9%的CE，并在-70 °C下保持约20 °C下30%的容量。

图1 电解液和电解液-电极界面的结构

图2 ZnCl2水系电解液的结构和物理性能

图3 半电池性能

图4 Zn||VOPO4电池性能

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202107378

来源：高分子科学前沿

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