锌金属电池（ZMBs）因其高安全性、低成本和锌的高理论体积容量（5855 mAh cm⁻³）而被视为大规模储能系统有前途的候选者。然而，锌负极上的严重副反应和不可控制枝晶生长进而不可避免地导致ZMBs的严重容量衰减。

在此，南开大学陈军、陶占良等人报告了一种通过匹配不同介电常数溶剂来调节阳离子-阴离子缔合的策略，并揭示了阳离子-阴离子缔合强度与低温下锌沉积/剥离性能之间的关系。

理论计算表明，具有高离子电导率（在-40°C时为12.09 mS cm–1）的离子缔合电解液和稳定的阴离子衍生固体电解质界面（SEI），共同导致了高度可逆且无枝晶的锌沉积/剥离行为，从而在低温下实现了高倍率和超稳定的循环性能。基于此，在-40°C时，Zn//Zn电池可以在5 mA cm–2和10 mAh cm–2下稳定循环超过400小时，Zn//Cu电池在1 mA cm-2和1 mAh cm-2下循环1800次，平均库仑效率（CE）达到99.91%。此外，Zn//PANI全电池在0.5A g–1下稳定运行12,000次，在5 A g–1下可稳定运行35,000次循环。特别地，在-60°C时，Zn//Cu电池在2000次循环中仍然显示出99.68%的高平均CE值。

图1.溶剂化作用

总之，该工作通过耦合不同的介电常数溶剂，获得了不同的阳离子−阴离子缔合强度的电解质。结果表明，使用AN溶剂的中离子缔合电解质可以保持高离子电导率（在−40℃时为12.09 mScm−1），并同时在锌负极上诱导稳定的ZnF2 SEI形成，有利于均匀的锌沉积行为且无枝晶生长。

基于此，在−40℃，锌//锌电池可以稳定循环在400 h，5 mAcm−2和400 h和10 mAhcm−2，锌//铜电池在1 mAcm−2和1 mAhcm−2下循环1800次，在低温下表现出优异的高速循环性能。与PANI正极相结合，电池在0.5Ag−1和−40℃下可提供12000次循环的高循环性能，Zn//NVO软包电池在−40℃，稳定运行100次。因此，该工作揭示了低温电解质的阳离子−阴离子缔合强度与锌沉积/剥离性能之间的关系，为设计先进的低温电解质提供了新的分子间见解。

图2. 电池性能

文献信息

Electrolyte Design via Cation–Anion Association Regulation for High-Rate and Dendrite-Free Zinc Metal Batteries at Low Temperature, Journal of the American Chemical Society 2024 DOI: 10.1021/jacs.4c09524