乙二醇对低共熔溶剂性能的影响：氯化锌作为氢键受体和盐的双重功能

本研究针对超级电容器电解质性能优化问题，开发了基于甘油、氯化锌和乙二醇的新型低共熔溶剂（DESs）。通过系统调节组分摩尔比，研究人员发现含适量乙二醇的DES-2配方显著改善了粘度和离子电导率，使比电容提升至65 F/g，电化学窗口达2.87 V。该工作为设计高性能、低成本且环境友好的储能电解质提供了重要参考。

　　

在能源存储领域，超级电容器（SCs）因其高功率密度和超长循环寿命备受关注，但传统电解质存在能量密度低、工作电压窄等瓶颈。水性电解质虽导电性好但易分解，离子液体成本高昂，而新兴的低共熔溶剂（DESs）因其可调控的物化性质和环保特性成为研究热点。然而，如何平衡DESs的粘度与导电性、拓宽其电化学稳定窗口仍是亟待解决的难题。

研究人员通过精心设计氯化锌（ZnCl₂）作为氢键受体（HBA）与甘油（Gly）、乙二醇（EG）构建三元DES体系，发现Zn²⁺离子不仅参与配位还调节氢键网络。研究采用傅里叶变换红外光谱（FT-IR）证实了Zn-O配位键的形成，差示扫描量热法（DSC）显示所有DESs熔点约12°C，热重分析（TGA）证明其热稳定性达221°C。特别值得注意的是，当EG含量为1:10:2摩尔比（DES-2）时，粘度降至543.5 mPa·s，离子电导率提升至0.25 mS/cm，比电容达65 F/g，电化学窗口扩展至2.87 V，显著优于传统ChCl基DESs。

研究团队采用三电极体系测试电化学性能，发现DES-2在玻碳电极上呈现准可逆行为，而在活性炭电极组装的超级电容器中展现出典型的双电层电容特性。通过阻抗谱分析，证实适度EG添加能优化离子迁移路径，过量则会导致粘度回升。该工作被发表在《Results in Chemistry》，为开发宽温域、高安全性的锌基储能器件提供了新思路。

【关键技术】

1. 采用FT-IR和拉曼光谱解析DESs的氢键网络与Zn²⁺配位结构
2. 通过DSC/TGA联用测定熔点和热分解温度
3. 旋转粘度计量化不同EG含量对流变性能的影响
4. 循环伏安法（CV）评估电化学窗口和比电容
5. 电化学阻抗谱（EIS）分析离子传输特性

【研究结果】
3.1 FT-IR分析
光谱显示3292 cm^-1处宽峰证实羟基存在，而Zn-Cl键特征峰消失表明Zn²⁺完全融入氢键网络。DES-2的O-H峰强度增强但频率不变，说明EG主要改变溶剂化环境而非氢键强度。

3.2 热性能表征
DSC显示所有DESs熔点（~11.6°C）低于纯甘油（18.2°C），证实低共熔效应。TGA曲线在221°C前无失重，优于多数离子液体的热稳定性。

3.3 粘度测试
DES-2（543.5 mPa·s）比DES-0（1343.5 mPa·s）粘度降低60%，归因于EG破坏甘油分子间氢键。但DES-4粘度回升，表明过量EG会形成新聚集结构。

3.4 电化学性能
CV测试显示DES-2具有最大电化学窗口（2.87 V），其组装的超级电容器在10 mV/s扫描速率下比电容达65 F/g，是DES-0的5倍。EIS证实DES-2电荷转移电阻最低，与粘度变化趋势一致。

【结论与意义】
该研究创新性地利用ZnCl₂的双重功能（既作HBA又提供Zn²⁺），通过EG含量调控成功解决了DESs"高粘度-低导电"的矛盾。DES-2在-40°C至221°C宽温域保持稳定，其2.87V工作窗口突破了传统水性电解质1V的限制。研究不仅为极端环境适用的储能器件提供了新材料，更通过分子设计策略为绿色溶剂开发指明方向。未来可通过引入纳米填料或优化电极/电解质界面进一步放大其性能优势。