近日，碳中和研究院在国际顶级期刊Angewandte Chemie-International Edition（德国应用化学）合作发表题为《空间位阻效应调节溶剂化结构以实现高性能水系锌离子电池》的研究论文。浙江万里学院为第一单位及通讯单位，陈忠伟与王新为通讯作者。Angewandte Chemie-International Edition是化学领域顶级期刊，2023年影响因子为16.6。
电解液工程是解决水系锌离子电池面临的析氢腐蚀、枝晶生长、低温、高温下循环寿命短等问题的一种简便可行的策略。陈忠伟与王新团队选择大尺寸蔗糖生物分子作为添加剂制备空间位阻电解质，系统研究了空间位阻效应对Zn2+溶剂化结构的匀质化效果以及对有机-无机杂化固态电解质界面的诱导作用，有效抑制副反应以及枝晶生长，并同时拓宽了锌离子电池的工作温度范围（-20 ℃ ~ +40 ℃）。
本研究首次提出开发位阻电解液来研究空间位阻效应对溶剂化结构的调节作用；大尺寸蔗糖分子的空间位阻效应有助于形成均匀分布和扩大的Zn2+溶剂化结构，削弱Zn2+与H2O的相互作用；位阻电解液提供了富含蔗糖分子的电双层，并原位构建了有机和无机杂化固体电解质界面，有效地提高了Zn阳极的可逆性；Zn//NVO电池具有3.9 mAh·cm-2的高容量，在4.5 μL·mg-1的贫电解液和1.5的低N/P比下具有650次以上的长循环稳定性，并且在-20˚C ~ +40˚C的宽温度下具有稳定的工作性能。此外，还在容量为930 mAh、能量密度为52.3 Wh Kg-1的袋式电池中证明了STEs。本研究探索了位阻电解液在水系锌离子电池中的应用潜力，为后续电解液的开发和锌负极界面的设计提供了一定的理论基础和研究思路。
图1. 位阻电解液的设计和分子间相互作用解析
图2. 水系锌离子电池的电化学性能
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Steric-hindrance Effect Tuned Ion Solvation Enabling High Performance Aqueous Zinc Ion Batteries
https://doi.org/10.1002/anie.202401974