Cooperative Chloride Hydrogel Electrolytes Enabling Ultralow-Temperature Aqueous Zinc Ion Batteries by the Hofmeister Effect

电解质 水溶液 氯化物 离子 化学 无机化学 霍夫迈斯特系列 化学工程 电极 有机化学 工程类 物理化学
作者
Changyuan Yan,Yangyang Wang,Xianyu Deng,Yonghang Xu
出处
期刊:Nano-micro Letters [Springer Nature]
卷期号:14 (1) 被引量:83
标识
DOI:10.1007/s40820-022-00836-2
摘要

Aqueous zinc ion batteries have high potential applicability for energy storage due to their reliable safety, environmental friendliness, and low cost. However, the freezing of aqueous electrolytes limits the normal operation of batteries at low temperatures. Herein, a series of high-performance and low-cost chloride hydrogel electrolytes with high concentrations and low freezing points are developed. The electrochemical windows of the chloride hydrogel electrolytes are enlarged by > 1 V under cryogenic conditions due to the obvious evolution of hydrogen bonds, which highly facilitates the operation of electrolytes at ultralow temperatures, as evidenced by the low-temperature Raman spectroscopy and linear scanning voltammetry. Based on the Hofmeister effect, the hydrogen-bond network of the cooperative chloride hydrogel electrolyte comprising 3 M ZnCl2 and 6 M LiCl can be strongly interrupted, thus exhibiting a sufficient ionic conductivity of 1.14 mS cm-1 and a low activation energy of 0.21 eV at -50 °C. This superior electrolyte endows a polyaniline/Zn battery with a remarkable discharge specific capacity of 96.5 mAh g-1 at -50 °C, while the capacity retention remains ~ 100% after 2000 cycles. These results will broaden the basic understanding of chloride hydrogel electrolytes and provide new insights into the development of ultralow-temperature aqueous batteries.
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