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化石能源的不斷消耗和環(huán)境污染的日益嚴(yán)重迫使我們加快新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換，大力發(fā)展清潔可再生能源。但是風(fēng)能、太陽(yáng)能、潮汐能等可再生能源在時(shí)間和空間上分布不均勻，無(wú)法直接并入電網(wǎng)使用。研發(fā)安全高效的大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)迫在眉睫。水系鋅離子電池因其本征安全性和價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì)備受關(guān)注。然而，在充放電過(guò)程中，鋅負(fù)極表面不均勻的鋅沉積導(dǎo)致鋅枝晶的瘋狂生長(zhǎng)，引起電池短路。此外，水系電解液在鋅表面引發(fā)的腐蝕和析氫反應(yīng)也嚴(yán)重地制約了水系鋅離子電池的電化學(xué)性能。

針對(duì)以上問(wèn)題，劉杰副教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)電解液的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，有效地穩(wěn)定了鋅負(fù)極/電解液界面，提升了水系鋅離子電池的電化學(xué)性能，在Small Methods和Advanced Science雜志上發(fā)表高水平學(xué)術(shù)論文。前期，三聚磷酸鉀無(wú)機(jī)低聚物被研發(fā)為三功能的電解液添加劑，不僅在鋅負(fù)極表面自發(fā)形成了一層離子傳導(dǎo)和機(jī)械強(qiáng)健的SEI層，而且調(diào)控了鋅離子的沉積行為，有效地提升了鋅負(fù)極的循環(huán)穩(wěn)定性和可逆性，相關(guān)結(jié)果以“Tuning the Electrode/Electrolyte Interface Enabled by a Trifunctional Inorganic Oligomer Electrolyte Additive for Highly Stable and High-Rate Zn Anodes”為題發(fā)表在國(guó)際知名雜志Small Methods上(影響因子：12.4)。盡管如此，微量的電解液添加劑在長(zhǎng)期循環(huán)過(guò)程中往往面臨著消耗殆盡的問(wèn)題。此外，微量的電解液添加劑僅能在局部范圍內(nèi)調(diào)控電解液中的氫鍵網(wǎng)絡(luò)和鋅離子配位結(jié)構(gòu)。這導(dǎo)致實(shí)際工況下(貧電解液、低溫、大容量等)水系鋅離子電池的電化學(xué)性能快速衰退。近日，劉杰副教授團(tuán)隊(duì)將海藻糖開發(fā)為多功能共溶質(zhì)以大規(guī)模調(diào)控水系電解液中的氫鍵網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和鋅離子配位結(jié)構(gòu)，借助分子動(dòng)力學(xué)模擬、DFT理論計(jì)算、電化學(xué)測(cè)量方法等研究了海藻糖多功能共溶質(zhì)的作用機(jī)制。如圖1所示，海藻糖多功能共溶質(zhì)有效地改善了水系鋅離子電池在貧電解液、低負(fù)極用量、低溫條件下的電化學(xué)性能，最終成功獲得了LiFePO₄載量為506.49 mg的Zn||LiFePO₄電池包，表明了該電解液的實(shí)際應(yīng)用潛力。該工作以“Massively Reconstructing Hydrogen Bonding Network and Coordination Structure Enabled by a Natural Multifunctional Co-Solvent for Practical Aqueous Zn-Ion Batteries”為題發(fā)表在國(guó)際知名雜志Advanced Science上(影響因子：15.1)。

圖1實(shí)際工況下基于海藻糖多功能共溶質(zhì)的水系鋅離子電池的電化學(xué)性能。

以上2篇論文第一作者為碩士研究生于源澤，劉杰副教授為唯一通訊作者，青島科技大學(xué)為第一單位和唯一通訊單位。