天津大學(xué)研發(fā)新型電解液有望解決鋅離子電池大規(guī)模應(yīng)用難題

2021年電力新時(shí)代論壇 2021年光伏新時(shí)代論壇 光伏建筑一體化創(chuàng)新發(fā)展論壇 ? 如何實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”、“碳中和”目標(biāo)已成為全球性焦點(diǎn)和議題，加大可再生能源的綠色開發(fā)和高效使用已成為全球共識(shí)。而大力發(fā)展綠色安全的大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)則是可再生能源充分開發(fā)利用的必要技術(shù)支撐。天津大學(xué)先進(jìn)碳與納米能源實(shí)驗(yàn)室（NanoYang團(tuán)隊(duì)）聯(lián)合清華大學(xué)深圳國際研究生院先進(jìn)能源材料團(tuán)隊(duì)和中科院金屬所先進(jìn)炭材料研究部，成功研發(fā)出一種與金屬鋅兼容的低成本新型不可燃含水有機(jī)電解液。 目前，可充電水系鋅電池因安全性高、資源豐富、成本低廉、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，在大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。然而，金屬鋅在負(fù)極/電解液界面處存在著嚴(yán)重的枝晶生長和腐蝕等問題，嚴(yán)重限制了水系鋅電池的庫倫效率和使用年限，制約了高性能鋅電池的產(chǎn)業(yè)開發(fā)和實(shí)際應(yīng)用。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)研發(fā)出了由水合四氟硼酸鋅鹽和乙二醇溶劑組成的新型電解液。作為阻燃劑的水合四氟硼酸鋅鹽賦予了電解液優(yōu)異的不可燃特性。乙二醇的高沸點(diǎn)及其與鹽中的水分子和四氟硼酸根陰離子間形成的豐富氫鍵網(wǎng)絡(luò)使電解液兼具難揮發(fā)和寬溫域（?30℃~40℃）的特色。與此同時(shí)，水合四氟硼酸鋅鹽解離出的四氟硼酸根陰離子和水分子會(huì)進(jìn)一步與金屬鋅發(fā)生反應(yīng)，在鋅負(fù)極表層原位形成氟化鋅固態(tài)電解質(zhì)界面層，有效地保護(hù)了金屬鋅負(fù)極，避免了由于鋅枝晶刺穿隔膜以及鋅與電解液間的腐蝕副反應(yīng)造成的電池過早失效。該電解液有效解決了金屬鋅負(fù)極在水系電解液中的枝晶、腐蝕等難題，同時(shí)巧妙戰(zhàn)勝了傳統(tǒng)有機(jī)電解液成本與安全性難以兼顧的瓶頸，為開發(fā)新一代兼具高安全、低成本、高性能電池電解液提供了全新的思路，有望推動(dòng)高性能鋅電池的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。 該研究成果《用于可持續(xù)鋅電池的不可燃含水有機(jī)電解液》于12月2日在線發(fā)表在《自然—可持續(xù)發(fā)展》（Nature Sustainability，DOI：10.1038/s41893-021-00800-9）上。天津大學(xué)化工學(xué)院博士后韓大量、博士生崔長俊為共同第一作者，天津大學(xué)楊全紅教授和翁哲教授、清華大學(xué)康飛宇教授為共同通訊作者。《自然—可持續(xù)發(fā)展》同期配發(fā)專文評(píng)述，認(rèn)為此工作利用廉價(jià)并環(huán)境友好的電解液解決了鋅電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中的幾個(gè)關(guān)鍵問題，為構(gòu)建可持續(xù)的未來提供了可靠又性價(jià)比高的電池解決方案。