수성 아연 배터리를 위한 전해질 설계

배경 및 규모: 수성 전해질을 가진 아연 기반 배터리는 내재적인 높은 안전성, 낮은 비용, 환경 친화성으로 인해 가장 유망한 차세대 배터리로 큰 관심을 받고 있습니다. 그러나 아연 금속 전극의 낮은 재현성으로 인해 아연 배터리의 짧은 사이클 수명은 만족스럽지 않습니다. 아연 금속 전극의 높은 재현성을 달성하기 위해서는 물 분해 반응과 비균일한 침착/용해 반응을 해결하는 것이 중요합니다. 우리는 높은 아연 재현성을 가진 수성 공동 용매 전해질을 위한 설계 원칙을 제시하고 아연 기반 배터리에 유익한 유기 분자를 정확하게 선택하기 위한 새로운 매개변수를 제안합니다. 이 원칙을 사용하여 준비된 전해질은 수성 시스템에서의 문제를 효과적으로 극복하고 기록적인 사이클 안정성을 보여줍니다. 이 작업은 수성 전해질 시스템에 대한 새로운 통찰을 제공합니다. 주요 내용: • 수성 배터리를 위한 철저한 전해질 설계 원칙이 제안됩니다. • 유기 공동 용매 선택을 위한 효과적인 지표가 발견됩니다. • 설계된 전해질은 아연 배터리의 높은 재현성과 사이클 안정성을 제공합니다. 요약: 극성 척도는 종종 수성 아연 배터리(AZB) 전해질을 위한 유기 분자를 선택하는 지표로 사용됩니다. 그러나 Zn2+의 용매화를 정확히 예측하지 못하는 것은 고성능 AZB 전해질 설계를 위한 이들의 적용 가능성에 의문을 제기합니다. 여기서 Dimroth와 Richardt의 Et(30) 극성 척도가 유기 분자를 스크리닝하는 효과적인 가이드라인으로 도입됩니다. Et(30)과 Zn 쿨롱 효율(CE) 간의 명확한 화산 상관관계가 입증됩니다. 이는 일반적으로 아연 CE를 개선하기 위해 매우 극성의 유기 분자를 사용하는 수성 전해질 설계 공식에 대한 일반적인 합의에 도전하며, 아연 성능을 높이기 위해 Zn2+ 용매 구조를 변화시키는 것 이상의 유기 분자의 역할이 중요함을 나타냅니다. Et(30) 척도를 기반으로 설계된 전해질은 높은 평균 Zn CE(99.8%), 예외적으로 긴 사이클 수명(5,500 h), 높은 비에너지(110 Wh kg?1)를 달성합니다. Et(30) 극성 척도는 수성 전해질에서 유기 분자를 선택하기 위한 일반적인 틀을 제공합니다.