电解质技术的突破是推动电池革命向前发展的关键因素。胶体电解质作为新兴电解质之一，由于其在不同条件(水性/非水性溶剂、盐浓度等)下复杂的胶体行为和机理作用，将引起研究兴趣。在本文中，南通大学钱涛教授&周金秋副教授团队展示了具有超低盐浓度和固有低凝固点的“超越水性”胶体电解质，以研究其稳定低温Zn金属电池的基本机制原理。令人印象深刻的是，界面处“看似不需要的”浓度极化会破坏电解质的聚结稳定性，导致富含胶体颗粒的层的机械刚性界面，积极抑制电极两侧的副反应。重要的是，阴极负载为10 mg cm-2的多层软包电池在各种温度下都表现出不衰减的能力，并且在-80℃下可以很好地保持相对较高的50 mAh g-1容量。
图1：通过浓度极化形成相界面层的机制
a 浓度极化诱导的相界面层形成的示意图。b 拉曼峰和c SAXS峰分别代表不同盐浓度下Zn2+的溶剂化构型和胶体颗粒的聚集程度。d Zn耗尽过程中电极/电解质界面处的原位拉曼光谱。e CP测试EQCM的频率变化和f 相应的质量变化。
图2：ULCE对低温的物理化学和电化学适应验证
a 各种溶液和电解质的FTIR光谱。b 三种电解液在超低温环境下的光学照片。c ULAE和ULCE在-90至45℃范围内的DSC测试。d ULAE和ULCE在-80至20℃温度范围内的离子电导率。e ULAE和ULCE中Zn2+脱溶剂过程的Arrhenius曲线和活化能(Ea)的比较。f 在ULLE和ULCE中Zn2+的迁移数。g ULAE从20到-40℃和I ULCE从20到-80℃的原位冷却拉曼光谱。在20到-80℃的冷却过程中h ULAE和j ULCE的拉曼成像。
图3：ULCE对Zn负极的自适应验证
a 浓度极化对ULLE和ULCE影响的相场模拟。b 三种电解质中Zn阳极的Tafel图。c ULCE在-80℃下不对称Zn//Cu电池中镀锌/剥离的电压曲线。Zn//Cu不对称电池在两种电解质中电流密度为1 mA cm-2、容量为0.2 mAh cm-2下的长期循环性能：d 20℃，上限截止电压为0.5V；e -80℃，上限截止电压为1V。f-h 在ULCE中循环100次后凝固层和Zn沉积形态的SEM图像。i 使用ULCE在不同温度、电流密度为1 mA cm-2、容量为0.2 mAh cm-2下进行对称Zn//Zn电池测试的电压曲线。
图4：ULCE对PANI-V2O5阴极的自适应验证
a 当前V基阴极和凝固层机制提高结构稳定性的挑战。b 使用三种不同类型的电解液循环10次后，电解液中V离子的浓度。c 使用ULCE的PANI-V2O5全电池在-80℃下的循环能力。d 使用ULCE的PANI-V2O5全电池在各种温度下的容量能力。e 在-80℃下使用ULCE的电池的倍率性能以及f 相应的充电和放电曲线。
图5：软包电池的性能和物理演示
a 多层软包电池的结构与界面机制。b 载量为10 mg cm-2的软包池的物理图。c 使用ULCE的多层软包电池在不同温度下的长期循环性能以及d 相应的充电和放电曲线。在e 20和f -20℃下使用ULCE的软包电池供电四个卫星模型的示意图。
图6：不同阴离子盐的普遍效应
a 在-60℃下Zn//Zn对称电池在ULCE(Zn(OTf)2)中的长期循环性能，电流密度为0.2 mA cm-2、容量为 0.1 mAh cm-2。b 使用ULCE(Zn(OTf)2)的单片软包电池在不同温度下的长期循环性能和c 相应的充电和放电曲线。
文章来源：水系能源
《钠离子电池技术发展与产业前景研究报告》
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