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Bifunctional electrolyte regulation towards low-temperature and high-stability Zn-ion hybrid capacitor

Journal of Energy Chemistry 2023年第4期79卷 495-504页

作者： Shuo Yang Kui Xue Haiyang Liao Yuning Guo Liujiang Zhou Yongqi Zhang Institute of Fundamental and Frontier Sciences University of Electronic Science and Technology of ChinaChengdu 611731SichuanChina School of Physics University of Electronic Science and Technology of ChinaChengdu 611731SichuanChina School of Mechanical Engineering Hunan University of TechnologyZhuzhou 412007HunanChina Yangtze Delta Region Institute(Huzhou)University of Electronic Science and Technology of China Huzhou 313002ZhejiangChina State Key Lab of Silicon Materials Zhejiang UniversityHangzhou 310027ZhejiangChina

Aqueous Zinc-based energy storage devices are considered as one of the potential candidates in future power technologies.Nevertheless,poor low temperature performance and uncontrollable Zn dendrite growth lead to the limited energy storage capability.Herein,an anti-hydrolysis,cold-resistant,economical,safe,and environmentally friendly electrolyte is developed by utilizing water,ethylene glycol(EG),and ZnCl_(2)with high ionic conductivity(7.9 mS cm^(-1)in glass fiber membrane at-20℃).The spectra data and DFT calculations show the competitive coordination of EG and Cl-to induce a unique solvation configuration of Zn^(2+),conducive to effectively inhibiting the hydrolysis of Zn^(2+),suppressing the dendrite growth,and broadening the working voltage range and temperature range of ZnCl_(2)electrolyte.The isotope tracing data confirm that Cl^(-)could effectively destroy the ZnO passivation film,promoting the formation of Zn nuclei and improving its reaction activity.Compared to the corresponding ZnSO4electrolyte,the Cu/Zn half-cell with the ZnCl_(2)electrolyte exhibits a stable cycle life of more than 1600 h at-20℃,even at the current density of 5 mA cm^(-2).The assembled Zn-ion hybrid capacitor possesses an average capacity of 42.68 m A h g^(-1)under-20℃at a current density of 5 A g^(-1),3.5 times than that of the modified ZnSO4electrolyte.Our work proposes a new approach for optimizing aqueous electrolytes to meet low temperature energy storage applications.

关键词： Hybrid electrolyte Zn-ion capacitor anti-hydrolysis Low temperature Dendrite-free

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