Fast Reaction Kinetics and Commendable Low‐Temperature Adaptability of Zinc Batteries Enabled by Aprotic Water‐Acetamide Symbiotic Solvation Sheath

电解质 乙酰胺 冰点 化学 共晶体系 电化学 溶剂化 水溶液 溶剂化壳 锂(药物) 无机化学 合金 分子 物理化学 热力学 电极 有机化学 医学 物理 内分泌学
作者
Shuyun Wang,Shengmei Chen,Yiran Ying,Gang Li,Haipeng Wang,Ka Kiu Keith Cheung,Qingjun Meng,Haitao Huang,Longtao Ma,Juan Antonio Zapien
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (8): e202316841-e202316841 被引量:60
标识
DOI:10.1002/anie.202316841
摘要

Abstract Although rechargeable aqueous zinc batteries are cost effectiveness, intrinsicly safe, and high activity, they are also known for bringing rampant hydrogen evolution reaction and corrosion. While eutectic electrolytes can effectively eliminate these issues, its high viscosity severely reduces the mobility of Zn2+ ions and exhibits poor temperature adaptability. Here, we infuse acetamide molecules with Lewis base and hydrogen bond donors into a solvated shell of Zn[(H2O)6]2+ to create Zn(H2O)3(ace)(BF4)2. The viscosity of 1ace‐1H2O is 0.032 Pa s, significantly lower than that of 1ace‐0H2O (995.6 Pa s), which improves ionic conductivity (9.56 mS cm−1) and shows lower freezing point of −45 °C, as opposed to 1ace‐0H2O of 4.04 mS cm−1 and 12 °C, respectively. The acidity of 1ace‐1H2O is ≈2.8, higher than 0ace‐1H2O at ≈0.76, making side reactions less likely. Furthermore, benefiting from the ZnCO3/ZnF2‐rich organic/inorganic solid electrolyte interface, the Zn || Zn cells cycle more than 1300 hours at 1 mA cm−2, and the Zn || Cu operated over 1800 cycles with an average Coulomb efficiency of ≈99.8 %. The Zn || PANI cell cycled over 8500 cycles, with a specific capacity of 99.8 mAh g−1 at 5 A g−1 at room temperature, and operated at −40 °C with a capacity of 66.8 mAh g−1.
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