【文 章 信 息】
可充电锌电池的共熔电解液化学
第一作者：陆
通讯员：刘健*
单位：加拿大不列颠哥伦比亚大学。
【研 究 背 景】
可充电锌电池(RZB)因其成本低、安全性高、环境友好，可作为锂离子电池的替代品。然而，当设计具有高成本效益和与电极材料良好相容性的电解质体系时，高能量/功率密度和长寿命需求阻碍了它们在储能装置中的进一步应用。低共熔电解质作为一种新型电解质，因其制备简单、可调性强而被广泛报道和探索。最近虽然有观点总结了共晶电解质在金属基电池中的发展和应用，但仍处于起步阶段，值得进一步关注和探讨。本文系统地介绍了低共熔电解质的基本原理、定义、具体分类以及RZB领域的最新进展。此外，还讨论了低共熔电解质体系的各种组成对可充电锌电池化学性质的影响，包括电解质/电极界面和离子/电荷传输动力学。最后，提出了共晶电解质在RZB应用中面临的挑战和前景，为新型电解质的设计和优秀RZB应用的实现提供了指导。
【文 章 简 介】
近日，加拿大不列颠哥伦比亚大学刘健教授和第一作者陆博士在国际知名期刊Small上发表了题为《可充电锌电池的共晶电解化学》的综述。本文介绍了低共熔电解质的定义和分类，以及低共熔电解质在可充电锌电池中的应用。最后，对电解液的设计和未来可充电电池的发展提出了一些建议和展望。
1.可充电锌电池低共熔电解质的总结与展望。
【本 文 要 点】
要点一：共熔电解液的定义和设计策略
深度低共熔溶剂(DES)被描述为路易斯酸或布朗斯台德酸和碱的低共熔混合物，其可以包含各种阴离子和/或阳离子物质。一般季铵盐与金属盐或氢键给体的络合存在于DES中，通过氢键发生电荷离域。与单个组分的熔点相比，混合物的熔点降低。分子间相互作用形成共晶电解质，通过比较所得液体中不同组分的相互作用强度来确定电解质的形成类型。为了设计出最佳的共晶电解液，我们提出了一种“金字塔”策略。结合共晶电解液的配方和形成机理，从多角度思考，建立了新的共晶体系，解决了锌基电池的Zn2溶剂化结构、界面稳定性、正极溶解和安全性等问题。
要点二：共熔电解液在锌基电池的应用
本文对各种共晶电解质在锌基电池中的最新应用进行了详细的总结和讨论，包括非水、水和固体共晶体系的详细分类，以期为新型共晶电解质的设计和应用提供参考和理论指导。
要点三：锌基电池中的共熔电解液化学
共晶电解质作为冉冉电解质领域的后起之秀，从电解质的角度建设性地利用了锌基电池中的界面策略，通过控制锌阳极/电解质的界面化学和离子/电荷传输动力学，进一步优化共晶电解质的组成。例如，低离解能的溶剂化结构和氢键相互作用的复杂分子结构在共晶电解质中配位，最终通过共晶对沉积的影响决定共晶电解质/电极界面的组成和稳定性、电位以及相应的沉积顺序。
要点四：总结和前瞻
本文全面阐述了共晶电极溶液的基本原理，包括共晶电极溶液的定义、组成、形成机理以及检测技术在锌基电池中的应用。与传统电极液体系相比，低共熔电极液具有离子电导率高、热稳定性好、不燃、无毒、成本低等优点，证明了低共熔混合物是一种很有前途的绿色材料，可用于构建经济、安全、商业化的可充电锌基电池。总的来说，低共熔电极溶液作为开发先进锌基电池的新途径显示了其巨大的潜力，特别是在经济性、可行性和环境友好性方面。同时，共晶电解质的各种类型和功能为其他储能器件(如钠、钙、铝、镁基电池/超级电容器)的加速发展提供了桥梁。
【文 章 链 接】
陆，谢，韩森，何桂珍，刘军，共晶
Electrolytes Chemistry for Rechargeable Zn Batteries. Small 2022, 2200550.https://doi.org/10.1002/smll.202200550
【第 一 作 者 介 绍】
陆学君博士简介：Dr. Xuejun Lu received his Ph.D. at Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM, Spain) under the supervision of Prof. Francisco del Monte and Dr. María Concepción Gutiérrez in July 2021. He is currently a postdoc research fellow in Prof. Jian Liu's group at the University of British Columbia (UBC, Canada). His research now focuses on advanced aqueous electrolytes via designing eutectic liquid mixtures for the implementation of electrochemical energy storage devices.
【通 讯 作 者 简 介】
刘健教授简介：
Dr. Jian Liu is an Assistant Professor and Principal’s Research Chair in Energy Storage Technologies at the University of British Columbia (UBC) Okanagan campus, Canada. Dr. Liu received his Ph.D. in materials science (2013) from the University of Western Ontario (Canada) and worked as an NSERC Postdoctoral Fellow at Lawrence Berkeley National Laboratory and Pacific Northwest National Laboratory before joining UBC in January 2017. His current research interests focus on advanced nanofabrication techniques, materials design for Li-ion batteries and beyond, and interfacial control and understanding in energy storage systems.
