水系锌基电池具有安全性高、成本低、能量密度高等优点，在便携式电子设备、电动汽车和大规模储能领域具有广阔的应用前景。目前，水系锌基电池面临的主要挑战为：锌负极一侧锌的不均匀沉积导致枝晶生长与脱落，从而影响锌基电池的循环稳定性；此外，水系电解液离子传导率随着温度的降低而急剧下降，使得该体系电池在低温下无法运行，大大限制了水系锌基电池应用范围。
该研究团队提出了一种耐低温、经济、安全、环保的水系锌基电池用混合电解液。该电解液由水（H2O），乙二醇（EG）和硫酸锌（ZnSO4）组成，在低温下具有高的离子传导率（-40°C时为6.9mS/cm）。研究团队通过实验并结合理论计算，阐明了Zn2+-EG分子间独特的相互作用，能显著提高EG-H2O分子间氢键相互作用，从而有效地破坏电解液中H2O分子间连续的氢键，大大降低混合电解液的凝固点，在低温下实现Zn2+快速传输。同时，Zn2+-EG溶剂化作用可提高锌沉积/溶解可逆性，改善锌负极的沉积形貌。研究还发现，采用该混合电解液构筑的锌离子混合超级电容器（ZHSC）和锌离子电池（ZIB）在-20℃均展现出高能量密度（ZHSC为36Wh/kg，ZIB为109Wh/kg）、高功率密度（ZHSC为3.1kW/kg，ZIB为1.6kW/kg）和长循环寿命（ZHSC为5500个循环，ZIB为250个循环）的特点。此外，调控混合电解液不同配比，可以使其能够耐受不同程度的低温，实现在不同环境下的使用。此项研究工作对低温储能器件电解液的设计具有指导意义。
该研究成果在线发表于《能源与环境科学》（Energy & Environmental Science）上。以上工作得到了国家自然科学基金、中科院电化学工程实验室等项目的支持。（文/图 常娜娜）
