李先锋、张华民：耐低温水系锌基电池用电解质溶液

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近日，我所储能技术研究部（DNL17）李先锋研究员、张华民研究员领导的研究团队在低温水系锌基电池电解液研究方面取得新进展，研发出全天候水系锌基电池用电解质溶液。
　　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）


        文章来源：大连化物所
      李先锋，男，1979年7月生于山东沂水，中国科学院大连化学物理研究所，研究员，博士生导师。中组部“万人计划”青年拔尖人才，中科院卓越青年科学家获得者，辽宁省百千万人才工程“百层次”人才。大连化学物理研究所储能技术研究部部长，电池材料与关键技术研究组长。长期从事大规模电化学储能技术的研究开发工作。成果荣获包括“2015年国家技术发明二等奖”（排名3），中国科学院杰出科技成就奖（突出贡献者，排名2）、 “辽宁省技术发明二等奖”（排名第2）等科技奖励。获 “中国科学院卢嘉锡青年人才奖”，“第三届“中科院沈阳分院优秀青年科技人才奖”，“辽宁省青年科技奖”，等奖励。入选中组部青年拔尖人才计划，中国科学院卓越青年科学家项目、大连市杰出青年科技人才等。为首届中科院青年创新促进会会员，中国膜工业协会电驱动膜专业委员会委员，中国材料研究学会青年工作委员会理事。迄今为止共发表SCI论文100余篇，其中Energy & Environmental Science 6篇，Angew. Chem. Int. Ed 1篇， Advanced Functional Materials 2篇，Nano energy 1篇。迄今为止，论文他引次数2500余次， H 因子30。2015年开始担任“Scientific Reports”杂志编委。申报发明专利100余项，国际专利6项。授权20余项。作为负责人主持国家科技部973计划课题、国家自然科学基金，中组部青年拔尖人才计划项目、中科院重要方向性项目等多项项目与课题。
       张华民，国际知名的燃料电池和液流电池专家。中科院大连化学物理研究所首席研究员，博士生导师。大连融科储能技术发展有限公司副总经理、总工程师，国家发改委能源局“国家能源液流储能电池技术重点实验室”主任，国家发改委“液流储能电池技术国家地方联合工程研究中心”主任。能源行业液流电池标准化技术标准委员会主任委员、IEC/TC21 JWG7国际标准项目负责人, 负责液流电池国际标准的制定。2010年被聘为科技部973项目“大规模液流电池储能技术的基础研究”首席科学家。2014年入选科技部创新人才推进计划“科技创新创业人才”。2016年，入选中组部“万人计划科技创业领军人才”。张华民发表学术论文380余篇。授权国家发明专利200余件，国际专利15件，主持制定燃料电池和液流电池标准10余项。研究成果荣获国家技术发明二等奖1项，中国科学院杰出科技成就奖1项，辽宁省企业重大成果奖1项，辽宁省技术发明一等奖2项，二等奖3项等奖项。