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水系鋅||釩氧化物電池（ZVB）由于其高容量、安全性、環境友好性和成本效益而受到廣泛關注。然而，由于在傳統水系電解液中的不可逆溶解導致的有限循環穩定性仍然限制了其進一步應用。

在此，廣東工業大學李成超教授、秦延林教授等人報道了一種用于水系ZVBs的新型電解液，由3 M Zn(CF₃SO₃)₂ 電解質與碳酸丙烯酯（PC）和H₂O的混合溶劑組成。通過對電解液溶劑化結構的調控，與純水系電解液相比，釩酸鈉水合物（NaV₃O₈·1.5H₂O，縮寫為NVO）在P20（PC體積比為20%）電解液中實現了超穩定的循環性能，在0.1 A g^-1的電流密度下100次循環后具有99.5%的高容量保持率，甚至在5 A g^-1下1000次循環后容量保持率仍高達97%。

系統的電化學測試和表征表明，添加PC有效降低了Zn²⁺-溶劑絡離子中活性水分子的數量和電解液中H⁺的數量，從而抑制了充放電過程中嵌入的H⁺和共嵌入的H₂O引起的正極溶解。

圖1. NVO 在低電流密度下在不同電解液中的結構演化過程

為了進一步評估 Zn|P20|NVO電池的實際應用潛力，作者分別在室溫和低溫下對軟包電池和紐扣電池進行了測試。結果顯示，Zn|P20|NVO軟包電池在0.2 A g^-1下50次循環后提供了390 mAh g^-1的比容量和100% 的高容量保持率。除了在室溫下具有出色的電化學性能外，Zn|P20|NVO電池還在-40 °C下具有183 mAh g^-1的高容量，并在0.1 A g^-1下循環300次后保持100% 的容量，低溫性能的改善可歸因于P20電解液的高電導率（3.75 mS cm^-2，-40 °C）和低凝固點（-69 °C）。

更重要的是，Zn||V₂O₅·nH₂O（VOHO）電池的性能測試也證明了P20電解液在水系ZVB應用中的普適性，這項工作將為其他水系電池的電解液設計開辟一條有效途徑。

圖2. Zn|P20|NVO和Zn|P20|VOHO電池的電化學性能

Regulating the Electrolyte Solvation Structure Enables Ultralong Lifespan Vanadium-Based Cathodes with Excellent Low-Temperature Performance, Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202111714

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李成超/秦延林AFM：調控電解液溶劑化結構實現釩基正極的優異低溫性能

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