Strong Replaces Weak: ​Hydrogen Bond‐Anchored Electrolyte Enabling Ultra‐Stable and Wide‐Temperature Aqueous Zinc‐Ion Capacitors

电解质 溶剂化 水溶液 材料科学 电容器 超级电容器 储能 电容 化学 化学工程 电极 离子 电气工程 电压 热力学 物理化学 有机化学 工程类 功率(物理) 物理
作者
Zhongyou Peng,Ling Tang,Shulong Li,Licheng Tan,Yiwang Chen
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/anie.202418242
摘要

Abstract Despite aqueous electrolytes offer a great opportunity for large‐scale energy storage owing to their safety and cost‐effectiveness, their practical application suffers from the parasitic side reactions and poor temperature adaptability stemming from weak hydrogen‐bond (HB) network in free water. Here, we propose the guiding thought “strong replaces weak” to design hydrogen bond‐anchored electrolyte by introducing sulfolane (SL) for disrupting the regular weak HB network and contributing to superior temperature tolerance. Judiciously combined experimental characterization and theoretical calculation confirm that SL can remodel the primary solvation shell of metal ions, customize stable electrode interface chemistry and restrain the side reactions. Consequently, symmetric supercapacitor constructed by activated carbon (AC) electrodes is able to fully work within a voltage range of 2.4 V and reach high capacitance retention of 89.8 % after 60000 cycles. Additionally, Zn anodes exhibit ultra‐stable Zn plating/stripping behaviors and a wide temperature range (−20–60 °C), and zinc‐ion capacitor (Zn//AC) also delivers an excellent cycling stability with capacity retention of 99.7 % after 55000 cycles, implying that the designed electrolyte has practical application potential in extreme environments. This work proposes a novel critical solvation strategy that paves the route for the construction of ultra‐stable and wide‐temperature aqueous energy storage devices.
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