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Network‐Anchored Nanocages Create Weakly Solvating Electrolytes for Subzero Aqueous Zinc Batteries

纳米笼 电解质 水溶液 溶剂化 位阻效应 化学工程 锌 化学 溶剂化壳 阳离子聚合 材料科学 无机化学 壳体(结构) 相间 纳米技术 工作(物理) 多面体 电导率 电化学 分子 溶解
作者
Wei Zhao,Han Fu,Zerui Chen,Yue Yang,Yaqiong Su,Yuzhu Tian,Xiaofei Deng,Xiuli Wang,Hao Bin Wu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/ange.9405074
摘要

ABSTRACT Low‐temperature operation of aqueous zinc batteries is fundamentally limited by electrolyte freezing and sluggish interfacial kinetics, originating from strong ion‐solvent interactions. Here, we report a steric‐regulated weakly solvating hydrogel electrolyte enabled by network‐anchored fluorinated Zr‐based metal–organic polyhedra (MOPs). The rigid, hydrophobic nanocage architecture simultaneously anchors Zn 2+ through coordination and sterically excludes active water molecules, thereby diluting the local electrostatic field, lowering the desolvation barrier, and disrupting extended hydrogen‐bond networks to suppress ice crystallization. As a result, Zn||Zn symmetric cells cycle stably for over 3700 h at −40°C, while Zn||MnHCF full cells deliver 65.8 mAh g −1 at −20°C with 82% capacity retention after 350 cycles, and still maintain 24.6 mAh g −1 at −40°C. Spectroscopic, electrochemical, and theoretical analyses reveal that Zr‐based MOPs reconstruct the Zn 2+ solvation shell into a spatially expanded, weakly bound structure that accelerates charge transfer and suppresses parasitic reactions. This work establishes a steric‐architecture design paradigm for engineering weakly solvating electrolytes, offering a robust strategy for aqueous batteries operating under extreme low‐temperature conditions.
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