Subzero Temperature Operation of Aqueous Zn Metal Batteries by Tailoring Electrolyte Solvation Structure

溶剂化 电解质 水溶液 金属 材料科学 化学工程 无机化学 化学 冶金 物理化学 离子 电极 有机化学 工程类
作者
Qiao Ni,Lumin Zheng,Orapa Tamwattana,Jaekyun Yoo,Songyan Bai,Myeong Hwan Lee,Joohyeon Noh,Chuan Kun Wu,Kisuk Kang
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:10 (6): 2650-2659 被引量:13
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.5c00548
摘要

The declining performance of aqueous zinc metal batteries (AZMBs) at colder temperatures, especially due to aqueous electrolyte solidification and reduced capacity retention at subzero temperatures, poses a considerable challenge. Here, we report a cheap and ecofriendly aqueous electrolyte formulation comprising low-concentration zinc chloride salt and a common antifreeze agent. We show that the glycerin antifreeze co-solvent effectively interacts with free water molecules and weakens the zinc-ion primary solvation structures, thereby considerably mitigating their detrimental effect at low temperatures. Consequently, the optimized electrolyte successfully outputs a depressed liquid–glass transition point down to −99.2 °C and a record-high Zn plating/stripping Coulombic efficiency of ∼99.94% at −40 °C, as well as ∼70% of its room-temperature capacity at −40 °C, opening up a new opportunity for practical AZMBs.
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