低溫水系電解質研究取得進展
采用水溶液為電解質的超級電容器具有低成本和高安全性的優(yōu)點，在軌道交通、備用電源等領域具有廣闊應用前景。然而，水溶液在低溫環(huán)境中易凝固為冰，導致離子電導率驟降，使超級電容器在低溫下不能工作。解決這一問題的傳統(tǒng)策略是通過添加防凍劑或使用高濃度電解質來防止水溶液電解質凝固。但這兩種策略均會帶來一些負面影響，如降低離子電導率和安全性、污染環(huán)境及增加成本。
近期，中國科學院蘭州化學物理研究所低維材料與化學儲能課題組通過系統(tǒng)研究一系列鋅鹽水溶液的凝固現(xiàn)象和電化學特性，發(fā)現(xiàn)了凝固水溶液在低溫下展現(xiàn)超低離子電導率的機制。由于冰在形成過程中的脫鹽特性，鹽會與冰發(fā)生相分離，導致鹽冰混合物離子電導率驟降。由于Zn(ClO4)2與水分子之間具有較強的相互作用力，被冰排出的鹽會增加周圍水溶液的濃度，導致相應溶液凝固點降低。這些濃溶液會在冰中形成三維網(wǎng)絡通道，有利于離子的傳輸。在-60℃的極端溫度下，Zn(ClO4)2鹽冰仍展現(xiàn)出1.3×10-3 S cm-1的超高離子電導率。將Zn(ClO4)2鹽冰作為電解質，構筑的鋅離子混合電容器在低溫下實現(xiàn)了280天超長穩(wěn)定運行。相關研究成果以Salty Ice Electrolyte with Superior Ionic Conductivity towards Low-temperature Aqueous Zinc Ion Hybrid Capacitors為題，發(fā)表在Advanced Functional Materials上。
低維材料與化學儲能課題組多年來致力于高性能低溫超級電容器的構筑及基礎研究，先后在提升超級電容器低溫性能（Solar RRL 2018, 2, 1800223；Energy Storage Materials, 2019, 23, 159）、擴寬超級電容器低溫電壓窗口（Journal of Materials Chemistry A, 2020, 8, 17998）等方面取得系列進展。
研究工作得到國家自然科學基金、大連國家潔凈能源實驗室合作基金和肇慶市科技局的支持。
Zn(ClO4)2鹽冰的低溫拉曼面掃（a）、離子傳輸機制示意圖（b）及鋅離子混合電容器的循環(huán)穩(wěn)定性（c）
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