【产通社，1月26日讯】中科院苏州纳米所（Suzhou Institute of Nano-Tech and Nano-Bionics; SINANO）官网消息，随着新型储能系统的飞速发展，对高能量密度及高安全性电池提出了更苛刻的要求，如在低温工作下的稳定运行。安全、经济高效和可持续的水系锌离子电池，作为大规模储能的理想选择被广泛研究。其中，钒基正极材料具有较高的理论比容量（589 mAh g-1）、可调的层状结构和优异的低温电化学性能，为提高长寿命低温锌离子电池的能量密度提供了关键选择。然而，钒基锌离子电池在低温工作环境的应用仍面临极大挑战。具体而言，大尺寸溶剂鞘层的水合锌离子（[Zn(H2O)6]2+）在电极/电解质界面必须克服巨大的去溶剂化能垒，界面Zn2+的扩散受阻；同时在钒基正极中，晶格原子对溶剂分子的排斥力引起的空间位阻效应使得溶剂化锌离子在低温下极难扩散，降低了界面和/或正极内部的离子扩散动力学；此外，低温工作环境会引起电解液冻结，这些问题严重限制低温钒基锌离子电池（LT-VZIBs）在极端环境下的应用。综合看来，缓慢的Zn2+扩散动力学才是导致LT-VZIBs电化学性能下降的主要原因。然而，当前大多数研究都集中在电解液添加剂以降低凝固点或者调节溶剂化结构以稳定正极的结构上，关于正极材料结构的设计及其电解液成分优化对推动低温条件下[Zn(H2O)6]2+在电极/电解液界面去溶剂化和自由Zn2+在电极内部的扩散缺乏系统且深入的总结和分析。 

基于此，结合合作团队前期在电子结构调控界面层，降低势垒提升载流子传输动力学，增强金属二次电池电化学性能等研究基础 (Adv. Mater. 2023, 35, 2302828; Adv. Funct. Mater. 2023, 2302624; Adv. Funct. Mater. 2023, 2305674; Adv. Funct. Mater. 2023, 33, 2305674; Adv. Funct. Mater. 2022, 31, 2110468; ACS Nano 2022, 16, 17729; Energy Storage Mater. 2022, 52, 210；Chem. Eng. J. 2022, 446, 137291; Adv. Funct. Mater. 2021, 31, 2007434; Adv. Sci. 2022, 2202244; Nano Lett. 2022, 22, 8008; Nano Lett. 2021, 21, 3245；Energy. Environ. Mater. 2022, 5,731; Chem. Eng. J. 2022, 429, 132352; Energy Storage Mater. 2019, 18, 246; Energy Storage Mater. 2020, 28, 375; J. Mater. Chem. A 2020, 8, 22240; Chem. Eng. J. 2020, 417, 128172)，撰写了全面实现低温钒基锌离子电池策略的文章。 

针对低温钒基锌离子电池目前的研究进展缺乏系统认知的现状，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所蔺洪振研究员与德国亥姆赫兹电化学研究所王健博士（现为洪堡学者）从钒基正极界面/体结构工程和电解液优化等角度，对解决低温下缓慢的Zn2+扩散动力学的各种策略进行了分类总结，重点阐述了电子结构优化对离子传输调控的增强机制和调控溶剂化结构实现低温长寿命钒基锌离子电池的有效方式，并深入解读了LT-VZIBs的电化学关键控制步骤及该体系中可行的催化增强工作机制。

最后，进一步展望了未来的研究方向，对实现低温长寿命钒基锌离子电池具有重要的启示作用。查询进一步信息，请访问官方网站http://www.sinano.cas.cn/news/kyjz/202401/t20240109_6952849.html。（Robin Zhang，产通数造）    （完）