我室无机膜与催化新材料研究组（504组）杨维慎研究员和朱凯月研究员团队在锌离子电池电解液研究方面取得新进展，揭示了电解液中水含量对正负极界面动力学和可逆性的影响，发现通过适当的调控电解液中的水含量，可以打破锌离子电池中高容量和长寿命难以兼得的限制，进而同时实现锌离子电池的高容量和长寿命。
水系锌离子电池具有安全性好、成本低等优点，在储能领域具有重要应用潜力。然而，电解液中的水在锌离子电池中就像一把双刃剑，得益于采用水溶剂，锌离子电池非常安全，同时具有高离子电导率，保证了电池具有出色的快速充放电能力；此外，电解液中水的存在有助于提供质子以插入正极材料，从而提高容量。但是，过量的水导致负极的腐蚀和锌枝晶形成以及正极材料的溶解问题，从而限制了锌离子电池的长期循环性能。因此，为了同时实现锌离子电池的高容量和长寿命，必须精确控制水含量。
本工作中，研究团队选择乙腈作为有机溶剂代表，探究了电解液中不同水含量对正负极反应动力学和稳定性的影响，以及对全电池容量和寿命的影响规律。研究发现，电解液中即使只有少量的水（8%v/v），就能够实现锌离子电池的最高容量，并表现出优异的长期循环稳定性，在6A/g电流下，经过9000次循环后容量保留率高达80%。电解液中的水含量还可以影响Zn2+周围的溶剂化结构以及电解液的物理性质，如离子电导率、电化学窗口和防冻性能等。此外，团队系统深入研究了含水量对钒基正极和锌负极界面微观反应机制的影响，不仅加深了对锌离子电池机理的理解，也为通过电解液设计实现锌离子电池的优异性能提供了新的思路。
上述工作以“Breaking the trade-off between capacity and stability in vanadium-based zinc-ion batteries”为题，于近日发表在《化学科学》（Chemical Science）上。该论文的第一作者是504组与中国科学技术大学联合培养的博士研究生蒋伟康。该项研究得到了辽宁省自然科学基金、所创新基金等项目的资助。（文/图 蒋伟康、朱凯月）
文章链接：https://doi.org/10.1039/D3SC05726G
