北理工团队在仿生抗冻资料助力低温水系锌电池长期运转研讨中获得研讨进展

  水系锌离子电池凭仗其高理论容量、高离子电导率、本钱低、对环境友好等优势，被视为传统储能设备的替代品。但是，在低温度的环境下因为电解质的冻住，会大幅度下降水系锌电池的离子电导率，充放电容量以及惯例运用的寿数。现在，提高水系锌电低温运转的办法有高浓度电解质、水凝胶电解质、增加抗冻剂等，这一些办法往往会构成水的丢失，使得电池安全性下降，本钱增。

  鉴于此，课题组从仿生抗冻资料动身，经过模仿抗冻蛋白在生物细胞冻存中润饰冰晶描摹，按捺冰再结晶的功用，制备了氧化氮化碳量子点（OQCNs）对冻住电解质进行润饰改性。试验依据成果得出，极少量的OQCNs（5 mg/mL）在三氟甲烷磺酸锌溶液中能够明显按捺冰成长。在-30℃下，经OQCNs改性后的锌锌对称电池在能够安稳运转超1000 h，ZnNH4+-V2O5全电池能够安稳运转超5000圈（约90天）。核算模仿的相关成果也显现，OQCNs特征结构与冰晶外表尺度匹配杰出，利于其吸附在冰晶标明发生曲率，然后依据Gibbs-Thomson效应下降部分冰点，低温下能够明显按捺冰晶构成，拓展液体区域以供锌离子传输。这一办法立异性地将放生抗冻蛋白的按捺结冰功用与低温冻住电解质结合，在保持高含水量的一起有用提高水系锌离子电池的循环寿数及充放电容量，为低温电解质的规划拓展了思路。

  图1 抗冻蛋白（AFPs）的润饰冰晶描摹与按捺冰再结晶功用及其在细胞冻存中的使用，及氧化氮化碳量子点（OQCNs）对其功用的仿生及在水系锌离子电池中的使用示意图。

  图3 从原子等级进一步探求OQCNs对冰成长的按捺作用，及冻住电解质机理探求。