高熵电解质（HEEs）助力锌离子混合电容器（ZIHCs）突破低温性能瓶颈

针对水系锌离子混合电容器（ZIHCs）在低温下电解液黏度升高、离子电导率下降及结冰等问题，研究人员创新性设计多组分高熵电解质（HEEs）。通过最大化构型熵，优化后的HEEs（含≥5种溶剂）实现-60°C以下超低凝固点，抑制析氢反应并调控Zn2+溶剂化结构，使Zn||Zn对称电池稳定循环1000小时。基于HEE32的ZIHC在-20°C下循环5000次容量保持率超80%，能量密度达26.45 Wh kg?1，为极端环境储能提供新范式。

　　

在全球能源转型背景下，水系锌离子储能器件因其资源丰富、成本低廉和本征安全性成为碳中和战略的关键技术。然而，低温环境下电解液黏度剧增、离子迁移受阻、锌阳极枝晶生长等问题严重制约其实际应用。传统改进策略如高浓度电解液或凝胶聚合物虽有一定效果，但难以兼顾超低温适应性与电化学稳定性。这一困境催生了高熵电解质（High-entropy electrolytes, HEEs）的创新研究——通过多组分协同作用打破水主导的氢键网络，实现“熵增稳态”的低温突破。

武汉纺织大学研究团队在《Journal of Molecular Liquids》发表的研究中，系统设计了三类HEEs体系：多阴离子型（HEE11/12）、多阳离子型（HEE21）和多溶剂型（HEE31/32）。其中基于Zn(BF₄)₂的五元溶剂HEE31/32表现尤为突出，其冻结点低于-60°C，并展现出独特的“熵-性能”关联机制。研究采用拉曼光谱解析溶剂化结构，结合电化学阻抗谱（EIS）评估界面动力学，通过低温循环测试验证实际应用潜力。

关键结果

1. 构型熵调控：根据ΔS_conf=-RΣx_ilnx_i公式，多溶剂HEEs构型熵较传统电解液提升3倍，有效降低相变焓值（ΔH），使凝固点突破热力学极限。
2. 溶剂化重构：HEE32中DMSO/EG等溶剂协同削弱Zn²⁺-H₂O相互作用，形成[Zn(DMSO)₃(H₂O)]²⁺新型溶剂化鞘层，脱溶剂化能降低42%。
3. 界面工程：多组分竞争吸附形成致密SEI膜，氢析出反应过电位提高210 mV，Zn||Zn对称电池在-20°C下实现1000小时无枝晶循环。
4. 器件性能：ZIHC全电池在2.0 V宽电压窗口下，-20°C能量密度达26.45 Wh kg^?1，5000次循环容量衰减率<0.004%/次。

结论与意义
该研究首次将高熵工程（High-entropy engineering）策略成功应用于锌基储能体系，通过“熵驱动溶剂化结构设计”打破水网络刚性，实现离子电导率（0.62 mS cm^?1 @-60°C）与电化学稳定的兼得。Haonan Zhang等提出的多溶剂HEEs方案不仅为极端环境储能器件开发提供新思路，其“组分无序化-功能有序化”的设计哲学更可拓展至钠/钾离子电池等领域。这项发表于《Journal of Molecular Liquids》的工作被审稿人评价为“低温电解液设计的范式转变”，相关技术已申请中国发明专利。