【產(chǎn)通社，1月26日訊】中科院蘇州納米所（Suzhou Institute of Nano-Tech and Nano-Bionics; SINANO）官網(wǎng)消息，隨著新型儲(chǔ)能系統(tǒng)的飛速發(fā)展，對(duì)高能量密度及高安全性電池提出了更苛刻的要求，如在低溫工作下的穩(wěn)定運(yùn)行。安全、經(jīng)濟(jì)高效和可持續(xù)的水系鋅離子電池，作為大規(guī)模儲(chǔ)能的理想選擇被廣泛研究。其中，釩基正極材料具有較高的理論比容量（589 mAh g-1）、可調(diào)的層狀結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的低溫電化學(xué)性能，為提高長壽命低溫鋅離子電池的能量密度提供了關(guān)鍵選擇。然而，釩基鋅離子電池在低溫工作環(huán)境的應(yīng)用仍面臨極大挑戰(zhàn)。具體而言，大尺寸溶劑鞘層的水合鋅離子（[Zn(H2O)6]2+）在電極/電解質(zhì)界面必須克服巨大的去溶劑化能壘，界面Zn2+的擴(kuò)散受阻；同時(shí)在釩基正極中，晶格原子對(duì)溶劑分子的排斥力引起的空間位阻效應(yīng)使得溶劑化鋅離子在低溫下極難擴(kuò)散，降低了界面和/或正極內(nèi)部的離子擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)；此外，低溫工作環(huán)境會(huì)引起電解液凍結(jié)，這些問題嚴(yán)重限制低溫釩基鋅離子電池（LT-VZIBs）在極端環(huán)境下的應(yīng)用。綜合看來，緩慢的Zn2+擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)才是導(dǎo)致LT-VZIBs電化學(xué)性能下降的主要原因。然而，當(dāng)前大多數(shù)研究都集中在電解液添加劑以降低凝固點(diǎn)或者調(diào)節(jié)溶劑化結(jié)構(gòu)以穩(wěn)定正極的結(jié)構(gòu)上，關(guān)于正極材料結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及其電解液成分優(yōu)化對(duì)推動(dòng)低溫條件下[Zn(H2O)6]2+在電極/電解液界面去溶劑化和自由Zn2+在電極內(nèi)部的擴(kuò)散缺乏系統(tǒng)且深入的總結(jié)和分析。 

基于此，結(jié)合合作團(tuán)隊(duì)前期在電子結(jié)構(gòu)調(diào)控界面層，降低勢(shì)壘提升載流子傳輸動(dòng)力學(xué)，增強(qiáng)金屬二次電池電化學(xué)性能等研究基礎(chǔ) (Adv. Mater. 2023, 35, 2302828; Adv. Funct. Mater. 2023, 2302624; Adv. Funct. Mater. 2023, 2305674; Adv. Funct. Mater. 2023, 33, 2305674; Adv. Funct. Mater. 2022, 31, 2110468; ACS Nano 2022, 16, 17729; Energy Storage Mater. 2022, 52, 210；Chem. Eng. J. 2022, 446, 137291; Adv. Funct. Mater. 2021, 31, 2007434; Adv. Sci. 2022, 2202244; Nano Lett. 2022, 22, 8008; Nano Lett. 2021, 21, 3245；Energy. Environ. Mater. 2022, 5,731; Chem. Eng. J. 2022, 429, 132352; Energy Storage Mater. 2019, 18, 246; Energy Storage Mater. 2020, 28, 375; J. Mater. Chem. A 2020, 8, 22240; Chem. Eng. J. 2020, 417, 128172)，撰寫了全面實(shí)現(xiàn)低溫釩基鋅離子電池策略的文章。 

針對(duì)低溫釩基鋅離子電池目前的研究進(jìn)展缺乏系統(tǒng)認(rèn)知的現(xiàn)狀，中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所藺洪振研究員與德國亥姆赫茲電化學(xué)研究所王健博士（現(xiàn)為洪堡學(xué)者）從釩基正極界面/體結(jié)構(gòu)工程和電解液優(yōu)化等角度，對(duì)解決低溫下緩慢的Zn2+擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)的各種策略進(jìn)行了分類總結(jié)，重點(diǎn)闡述了電子結(jié)構(gòu)優(yōu)化對(duì)離子傳輸調(diào)控的增強(qiáng)機(jī)制和調(diào)控溶劑化結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)低溫長壽命釩基鋅離子電池的有效方式，并深入解讀了LT-VZIBs的電化學(xué)關(guān)鍵控制步驟及該體系中可行的催化增強(qiáng)工作機(jī)制。

最后，進(jìn)一步展望了未來的研究方向，對(duì)實(shí)現(xiàn)低溫長壽命釩基鋅離子電池具有重要的啟示作用。查詢進(jìn)一步信息，請(qǐng)?jiān)L問官方網(wǎng)站http://www.sinano.cas.cn/news/kyjz/202401/t20240109_6952849.html。（Robin Zhang，產(chǎn)通數(shù)造）    （完）