近日，我校汽車(chē)工程研究院教師劉寶在國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》（Journal of the American Chemical Society）上發(fā)表題為Tailoring the Electrical Double Layer and Interfacial Electric Field with Diverse Configurational Entropy-Driven Electrolyte for Ultrastable Zinc Metal Anodes的最新研究成果，江蘇大學(xué)為第一完成單位，劉寶為第一作者。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目及江蘇大學(xué)人才引進(jìn)項(xiàng)目的資助。
高熵電解質(zhì)因具有優(yōu)異的熱力學(xué)穩(wěn)定性，在電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域日益受到關(guān)注。在水系鋅離子電池領(lǐng)域，近期研究表明，高熵電解液能夠形成具有多重高度無(wú)序鋅離子溶劑化結(jié)構(gòu)的小尺寸離子簇，不僅顯著提升鋅離子傳輸動(dòng)力學(xué)與去溶劑化過(guò)程，而且能夠誘導(dǎo)形成貧水的鋅離子溶劑化結(jié)構(gòu)以及調(diào)控雙電層的結(jié)構(gòu)，同時(shí)能夠重構(gòu)氫鍵網(wǎng)絡(luò)和形成穩(wěn)固的SEI層。因此，高熵電解液既能抑制水分驅(qū)動(dòng)的副反應(yīng)和促進(jìn)鋅的均勻沉積，又能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)異的低溫性能。然而，目前已報(bào)道高熵電解液體系中鋅負(fù)極的循環(huán)壽命仍嚴(yán)重不足（<3000小時(shí)），且受構(gòu)型熵和混合熵的限制，現(xiàn)有高熵電解液體系距離真正的“高熵”標(biāo)準(zhǔn)尚遠(yuǎn)，以及高熵電解液潛在機(jī)理對(duì)界面行為的影響機(jī)制目前尚不清楚。
該研究報(bào)道了一種新型構(gòu)型熵驅(qū)動(dòng)的高熵電解液，其中包含超過(guò)68種Zn2+溶劑化構(gòu)型，具有最大的構(gòu)型熵和混合熵，可同步調(diào)控鋅負(fù)極/電解質(zhì)界面的雙電層和界面電場(chǎng)。多重且貧水的Zn2+溶劑化結(jié)構(gòu)不僅促進(jìn)了內(nèi)亥姆霍茲平層的離子傳輸動(dòng)力學(xué)和去溶劑化過(guò)程，還促進(jìn)了形成堅(jiān)固穩(wěn)定的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化SEI膜，協(xié)同誘導(dǎo)Zn（100）和（101）晶面的擇優(yōu)生長(zhǎng)。因此，水分子誘發(fā)的析氫反應(yīng)、鋅金屬負(fù)極腐蝕及枝晶生長(zhǎng)被有效抑制。此外，氫鍵網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)使HEE221電解質(zhì)抗凍性能大幅改善。在常溫和低溫下鋅負(fù)極的穩(wěn)定性得到了顯著提升，可實(shí)現(xiàn)鋅負(fù)極在-40°C超低溫環(huán)境工作。組裝的鋅-聚苯胺電池表現(xiàn)出卓越的循環(huán)穩(wěn)定性：25 °C下循環(huán)2000次以上，-20 °C下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定循環(huán)7000次。本研究通過(guò)精準(zhǔn)調(diào)控Zn2+溶劑化結(jié)構(gòu)以同步優(yōu)化雙電層和界面電場(chǎng)，為設(shè)計(jì)功能化高熵電解質(zhì)提供了新思路，有助于推動(dòng)水系鋅離子電池的實(shí)際應(yīng)用。（汽車(chē)工程研究院）
論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c21156
