A Novel “Water-in-Ionic Liquid” Electrolyte for Zn Metal Batteries

电解质 离子液体 离子电导率 无机化学 水溶液 离子键合 电化学窗口 材料科学 化学 电化学 化学工程 离子 电极 有机化学 催化作用 物理化学 工程类
作者
Zhiming Zhao,Joanne Lai,Duc Tam Ho,Yongjiu Lei,Jian Yin,Long Chen,Udo Schwingenschlögl,Husam N. Alshareef
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:8 (1): 608-618 被引量:78
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.2c02520
摘要

Success in the development of aqueous batteries hinges on strict design principles for the aqueous electrolyte: utilize the high ionic conductivity but limit the redox activity of water. Here we develop a new type of electrolyte, a “water-in-ionic liquid” electrolyte, where the water molecule is sealed in a water trap composed of ions by short-range intermolecular interactions. In this way, the water molecule is protected by the surrounding anion-abundant framework and simultaneously plays its lubricant role for ionic conduction, realizing a high stability together with a high ionic conductivity (1.18 × 10–2 S cm–1) of the electrolyte. This water-confined motif promotes the formation of an explicit interphase (SEI) on a Zn metal anode, which is clearly observed for the first time and contributes to a substantially reversible Zn electrochemistry. Notably, due to the intermolecular constraint, the volatilization of this electrolyte is alleviated, which is helpful for batteries with an open system. As a proof of concept, we demonstrate zinc–air batteries (ZABs) with superior longevity compared to those using typical aqueous electrolyte under lean-electrolyte conditions (300 h vs 72 h, respectively).
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