水性锌离子电池（AZIB）由于其高安全性、低成本和环境友好性，在大规模储能方面具有巨大前景。然而，其在低温下会冷冻含水电解质。在此，南京工业大学吴宇平、首都师范大学Han Peng报道了一种低成本、安全、高介电常数的共溶剂（甲酰胺（FA）），其作为氢键受体和供体，并与廉价的锌盐（乙酸锌）一起引入，使该混合电解质在冷冻环境下具有低于-40℃的低凝固点和高离子电导率。

本文要点：

1) 实验和理论计算表明，FA可以有效地将水分子锚定在双位点氢键相互作用构型中，并中断原有的氢键网络，以及限制自由水的活性，从而显著降低电解质的冰点，减少析氢反应的发生。此外，FA和Zn²⁺之间的强配位相互作用可以调节Zn²⁺的溶剂化结构，取代Zn²⁺溶剂化鞘中的水，实现均匀的Zn沉积，避免枝晶的形成，抑制Zn表面的腐蚀。

2) 在–30℃的Zn||Zn对称电池中，作者在0.5 mA cm^–2下实现了9500小时的超长循环寿命，并在Zn||Cu不对称电池中实现了99.91%的高库仑效率。此外，采用所设计电解液的Zn||PANI电池在–30℃下具有超稳定的可逆容量和优异倍率性能。即使在-40℃下，Zn||PANI电池也能在5 A g^-1下以80mAh g^-1的容量循环6000次。

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Chaolin You et.al Inexpensive Electrolyte with Double-site Hydrogen Bonding and Regulated Zn2+ Solvation Structure for Aqueous Zn-Ion Batteries Capable of High-rate and Ultra-long Low-Temperature Operation EES 2023

DOI: 10.1039/D3EE01741A

https://doi.org/10.1039/D3EE01741A