阎兴斌课题组在低温水系电解质方面取得新进展

haotianqi

采用水溶液为电解质的超级电容器具有低成本和高安全性的优点，在轨道交通、备用电源等领域具有广阔应用前景。但是，水溶液在低温环境中容易凝固为冰，导致离子电导率骤降，使得超级电容器在低温下不能工作。解决这一问题的传统策略是通过添加防冻剂或使用高浓度电解质来防止水溶液电解质凝固。然而，这两种策略都会带来一些负面影响，如降低离子电导率和安全性、污染环境以及增加成本。

Zn(ClO4)2盐冰的低温拉曼面扫（a）、离子传输机制示意图（b）及锌离子混合电容器的循环稳定性（c）

　　近期，中国科学院兰州化学物理研究所低维材料与化学储能课题组通过系统研究一系列锌盐水溶液的凝固现象和电化学特性，发现了凝固水溶液在低温下展现超低离子电导率的机制。由于冰在形成过程中的脱盐特性，盐会与冰发生相分离，导致盐冰混合物离子电导率骤降。由于Zn(ClO4)2与水分子之间具有较强的相互作用力，被冰排出的盐会增加周围水溶液的浓度，导致相应溶液凝固点降低。这些浓溶液会在冰中形成三维网络通道，有利于离子的传输。在-60℃的极端温度下，Zn(ClO4)2盐冰仍然展现出1.3×10-3 S cm-1的超高离子电导率。将Zn(ClO4)2盐冰作为电解质，构筑的锌离子混合电容器在低温下实现了280天超长稳定运行。相关工作以“Salty Ice Electrolyte with Superior Ionic Conductivity towards Low-temperature Aqueous Zinc Ion Hybrid Capacitors”为题发表在Advanced Functional Materials上。
　　低维材料与化学储能课题组多年来致力于高性能低温超级电容器的构筑及基础研究。先后在提升超级电容器低温性能（Solar RRL 2018, 2, 1800223；Energy Storage Materials, 2019, 23, 159）、扩宽超级电容器低温电压窗口（Journal of Materials Chemistry A, 2020, 8, 17998）等方面取得系列进展。
　　以上工作得到了国家自然科学基金、大连国家洁净能源实验室合作基金和肇庆市科技局的支持。


       文章来源：兰州化物所
       阎兴斌，男，1977年生，研究员，博士生导师，中国科学院“百人计划”学者，中科院兰州化学物理研究所清洁能源化学与材料实验室主任，研究所学术委员会和学位委员会委员。2000年山东大学化学学院本科毕业，2005年于中科院兰州化学物理研究所获理学博士学位，并先后在新加坡南洋理工大学和法国里昂第一大学做博士后，2009年聘为中科院兰州化学物理研究所 “百人计划”研究员，2012年负责筹建“清洁能源化学与材料实验室”并聘为实验室负责人。主要从事新型低维碳纳米材料和电化学储能技术的研究，先后获得中科院院长优秀奖（2004）、新加坡千禧基金（2005）、欧盟玛丽居里国际奖学金（2006）、新加坡杰出工程成就奖（2007）、中科院“百人计划”择优支持（2010）、研究所建所55周年“十佳优秀青年”（2013）、研究所青年创新特别奖（2015）、甘肃省五四青年奖章（2015）甘肃省科技发明一等奖（2016，排名6）和国家科技发明二等奖（2016，排名6）。目前负责承担和完成了包括中科院“百人计划”、国家自然科学基金、国防“863”、国防基础科研项目、中科院研究所“一三五”重点培育项目和企业合作项目在内的10余项课题；至今在国际SCI学术刊物上发表论文130余篇，引用3500余次，H因子33；申请国家发明专利16件，授权7件。现任Chinese Chemical Letters编委、中国电工学会超级电容器专业委员会委员、中国空间科学学会空间材料专业委员会委员、中国颗粒学会青年理事、中国微米纳米技术学会青年工作委员会委员、国际电化学能源科学与技术协会（IAOEES）理事。