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Solvation Modulation and Reversible SiO2-Enriched Interphase Enabled by Deep Eutectic Sol Electrolytes for Low-Temperature Zinc Metal Batteries
Advanced Energy Materials ( IF 24.4 ) Pub Date : 2024-03-10 , DOI: 10.1002/aenm.202303411
Haijun Peng 1, 2 , Kaishan Xiao 1, 2 , Siyu Tian 2, 3 , Shaohua Han 2 , Jianda Zhou 2 , Bingan Lu 4 , Zhizhao Chen 1 , Jiang Zhou 2
Advanced Energy Materials ( IF 24.4 ) Pub Date : 2024-03-10 , DOI: 10.1002/aenm.202303411
Haijun Peng 1, 2 , Kaishan Xiao 1, 2 , Siyu Tian 2, 3 , Shaohua Han 2 , Jianda Zhou 2 , Bingan Lu 4 , Zhizhao Chen 1 , Jiang Zhou 2
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Zinc metal batteries (ZMBs) hold great promise for large-scale energy storage in renewable solar and wind farms. However, their widespread application is hindered by poor stability and unsatisfactory low-temperature performance, attributed to issues such as dendrite formation, strong Zn2+-H2O coordination, and electrolyte freezing. Herein, a deep eutectic sol electrolyte (DESE) is proposed by mixing SiO2 nanoparticles with a solution composed of 1,3-dioxolane (DOL) and Zn(ClO4)2·6H2O for stable low-temperature ZMBs. By substituting the strong Zn2+- H2O coordination with favorable Zn2+-DOL coordination, the DESE exhibits exceptional antifreezing capability at temperatures beyond −40 °C. The formation of Si-O-Zn2+ bond near SiO2 nanoparticles further improves the low-temperature performance of the DESE by decreasing Zn2+ desolvation energy. Moreover, the SiO2 nanoparticles co-plating/co-stripping with Zn metal, forming a reversible and homogeneous SiO2-enriched interphase to protect the Zn anode from dendrite growth and interfacial side reactions. Remarkably, the DESE-based ZMB full cells exhibit significantly prolonged cycle life of 8000 cycles at 1 A g−1 at 25 °C and 700 cycles at 0.2 A g−1 at -40 °C. This work provides a promising strategy to design advanced electrolytes for practical low-temperature ZMBs.
中文翻译：
用于低温锌金属电池的深共晶溶胶电解质实现溶剂化调制和可逆富 SiO2 界面相
锌金属电池（ZMB）在可再生太阳能和风电场的大规模储能方面具有广阔的前景。然而，由于枝晶形成、强Zn 2+ -H 2 O配位和电解质冻结等问题，其稳定性差和低温性能不理想，阻碍了它们的广泛应用。在此，提出了一种深共晶溶胶电解质（DESE），通过将SiO 2纳米颗粒与由1,3-二氧戊环（DOL）和Zn(ClO 4 ) 2 ·6H 2 O组成的溶液混合来获得稳定的低温ZMB。通过用有利的 Zn 2+ -DOL 配位取代强的 Zn 2+ - H 2 O配位，DESE 在超过 -40 °C 的温度下表现出优异的防冻能力。 SiO 2纳米颗粒附近Si-O-Zn 2+键的形成通过降低Zn 2+去溶剂化能进一步改善了DESE的低温性能。此外，SiO 2纳米颗粒与Zn金属共镀/共剥离，形成可逆且均匀的SiO 2富集界面相，以保护Zn阳极免受枝晶生长和界面副反应的影响。值得注意的是，基于DESE的ZMB全电池表现出显着延长的循环寿命，在25℃下1 A g -1下循环寿命为8000次，在-40℃下在0.2 A g -1下循环寿命为700次。这项工作为设计用于实际低温 ZMB 的先进电解质提供了一种有前景的策略。
更新日期：2024-03-10
中文翻译：
用于低温锌金属电池的深共晶溶胶电解质实现溶剂化调制和可逆富 SiO2 界面相
锌金属电池（ZMB）在可再生太阳能和风电场的大规模储能方面具有广阔的前景。然而，由于枝晶形成、强Zn 2+ -H 2 O配位和电解质冻结等问题，其稳定性差和低温性能不理想，阻碍了它们的广泛应用。在此，提出了一种深共晶溶胶电解质（DESE），通过将SiO 2纳米颗粒与由1,3-二氧戊环（DOL）和Zn(ClO 4 ) 2 ·6H 2 O组成的溶液混合来获得稳定的低温ZMB。通过用有利的 Zn 2+ -DOL 配位取代强的 Zn 2+ - H 2 O配位，DESE 在超过 -40 °C 的温度下表现出优异的防冻能力。 SiO 2纳米颗粒附近Si-O-Zn 2+键的形成通过降低Zn 2+去溶剂化能进一步改善了DESE的低温性能。此外，SiO 2纳米颗粒与Zn金属共镀/共剥离，形成可逆且均匀的SiO 2富集界面相，以保护Zn阳极免受枝晶生长和界面副反应的影响。值得注意的是，基于DESE的ZMB全电池表现出显着延长的循环寿命，在25℃下1 A g -1下循环寿命为8000次，在-40℃下在0.2 A g -1下循环寿命为700次。这项工作为设计用于实际低温 ZMB 的先进电解质提供了一种有前景的策略。
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