近日，大連化物所催化基礎(chǔ)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室無(wú)機(jī)膜與催化新材料研究組（504組）楊維慎研究員和朱凱月研究員團(tuán)隊(duì)在鋅離子電池電解液研究方面取得新進(jìn)展，揭示了電解液中水含量對(duì)正負(fù)極界面動(dòng)力學(xué)和可逆性的影響，發(fā)現(xiàn)通過(guò)適當(dāng)?shù)恼{(diào)控電解液中的水含量，可以打破鋅離子電池中高容量和長(zhǎng)壽命難以兼得的限制，進(jìn)而同時(shí)實(shí)現(xiàn)鋅離子電池的高容量和長(zhǎng)壽命。

水系鋅離子電池具有安全性好、成本低等優(yōu)點(diǎn)，在儲(chǔ)能領(lǐng)域具有重要應(yīng)用潛力。然而，電解液中的水在鋅離子電池中就像一把雙刃劍，得益于采用水溶劑，鋅離子電池非常安全，同時(shí)具有高離子電導(dǎo)率，保證了電池具有出色的快速充放電能力；此外，電解液中水的存在有助于提供質(zhì)子以插入正極材料，從而提高容量。但是，過(guò)量的水導(dǎo)致負(fù)極的腐蝕和鋅枝晶形成以及正極材料的溶解問(wèn)題，從而限制了鋅離子電池的長(zhǎng)期循環(huán)性能。因此，為了同時(shí)實(shí)現(xiàn)鋅離子電池的高容量和長(zhǎng)壽命，必須精確控制水含量。

本工作中，研究團(tuán)隊(duì)選擇乙腈作為有機(jī)溶劑代表，探究了電解液中不同水含量對(duì)正負(fù)極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和穩(wěn)定性的影響，以及對(duì)全電池容量和壽命的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，電解液中即使只有少量的水（8%v/v），就能夠?qū)崿F(xiàn)鋅離子電池的最高容量，并表現(xiàn)出優(yōu)異的長(zhǎng)期循環(huán)穩(wěn)定性，在6A/g電流下，經(jīng)過(guò)9000次循環(huán)后容量保留率高達(dá)80%。電解液中的水含量還可以影響Zn2+周圍的溶劑化結(jié)構(gòu)以及電解液的物理性質(zhì)，如離子電導(dǎo)率、電化學(xué)窗口和防凍性能等。此外，團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)深入研究了含水量對(duì)釩基正極和鋅負(fù)極界面微觀反應(yīng)機(jī)制的影響，不僅加深了對(duì)鋅離子電池機(jī)理的理解，也為通過(guò)電解液設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)鋅離子電池的優(yōu)異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”為題，于近日發(fā)表在《化學(xué)科學(xué)》（Chemical Science）上。該論文的第一作者是大連化物所504組與中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)的博士研究生蔣偉康。該項(xiàng)研究得到了遼寧省自然科學(xué)基金、大連化物所創(chuàng)新基金等項(xiàng)目的資助。