Nonaggregated Anions Enable the Undercooled Aqueous Electrolyte for Low-Temperature Applications

电解质 化学 溶剂化 水溶液 电池(电) 离子电导率 电化学 离子键合 电导率 无机化学 冰点 电极 离子 化学工程 热力学 物理化学 有机化学 功率(物理) 工程类 物理
作者
Qiu Zhang,Yong Lü,Xiaomeng Liu,Weiwei Xie,Jun Chen
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (18): 12743-12749
标识
DOI:10.1021/jacs.4c02462
摘要

Aqueous batteries, with the advantages of high safety and low cost, are highly promising for large-scale energy storage. However, freezing of the aqueous electrolyte limits the low-temperature operation. Here, we propose and achieve a highly dispersed solvation structure in the electrolyte by coupling nonaggregated Cl– anions, which reduces the water cluster size and prevents the solidification of the aqueous electrolyte until −136.3 °C. The low-temperature LiCl electrolyte exhibits a high ionic conductivity (1.0 mS cm–1) at −80 °C and enables a stable low-temperature Ag/AgCl reference electrode at −50 °C. Moreover, the polyaniline-based battery can work at an extremely low temperature of −100 °C and shows superior cycling performance of 4000 cycles at −40 °C with 95.7% capacity retention. This work elucidates the correlation between the anion effect and the thermodynamic transition of the electrolyte, offering a novel approach for designing low-temperature electrolytes.
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