尽管锌水电池有许多优点，但由于水分子之间丰富的氢键(H-键)促使水体系转变为有序的冻结结构，在低温条件下其实际应用受到了电解液冻结的阻碍。

近日，南通大学Jinqiu Zhou，Tao Qian提出了一种基于“强取代弱”的指导思想的氢键相互作用的设计。

文章要点

1）引入的共晶组分与水分子之间形成的强氢键破坏了原始水分子网络中的弱氢键，从而导致了超低冰点和1.7 mS cm⁻¹的高离子电导率(−40°C)。

2）基于多角度的理论模拟和定制的原位冷却拉曼表征，证明了用强H键取代弱H键有助于锌离子溶剂化的结构重塑和H键网络结构的重塑。

3）利用这一优势，可以在−40 °C下实现可逆稳定的镀锌/脱锌行为，并且电池在−40 °C下表现出高的放电容量(200 mA h g⁻¹)，1000次循环后∼容量保持率为75%。

本研究将拓展防冻水溶液电解液的设计思想，为推动锌金属电池在低温环境下的大规模储能应用提供前景。

参考文献

Changhao Zhu, et al, Strong Replaces Weak: Design of H‑Bond Interactions Enables Cryogenic Aqueous Zn Metal Batteries, ACS Nano

DOI: 10.1021/acsnano.3c06687

https://doi.org/10.1021/acsnano.3c06687