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 采用水溶液為電解質的超級電容器具有低成本和高安全性的優點，在軌道交通、備用電源等領域具有廣闊應用前景。但是，水溶液在低溫環境中容易凝固為冰，導致離子電導率驟降，使得超級電容器在低溫下不能工作。解決這一問題的傳統策略是通過添加防凍劑或使用高濃度電解質來防止水溶液電解質凝固。然而，這兩種策略都會帶來一些負面影響，如降低離子電導率和安全性、污染環境以及增加成本。

近期，中國科學院蘭州化學物理研究所低維材料與化學儲能課題組通過系統研究一系列鋅鹽水溶液的凝固現象和電化學特性，發現了凝固水溶液在低溫下展現超低離子電導率的機制。由于冰在形成過程中的脫鹽特性，鹽會與冰發生相分離，導致鹽冰混合物離子電導率驟降。由于Zn(ClO4)2與水分子之間具有較強的相互作用力，被冰排出的鹽會增加周圍水溶液的濃度，導致相應溶液凝固點降低。這些濃溶液會在冰中形成三維網絡通道，有利于離子的傳輸。在-60 ℃的極端溫度下， Zn(ClO4)2鹽冰仍然展現出1.3×10-3S cm-1的超高離子電導率。將Zn(ClO4)2鹽冰作為電解質，構筑的鋅離子混合電容器在低溫下實現了280天超長穩定運行。相關工作以“SaltyIce Electrolyte with Superior Ionic Conductivity towards Low-temperature AqueousZinc Ion Hybrid Capacitors”為題發表在Advanced Functional Materials上。

低維材料與化學儲能課題組多年來致力于高性能低溫超級電容器的構筑及基礎研究。先后在提升超級電容器低溫性能（SolarRRL 2018, 2, 1800223；EnergyStorage Materials, 2019, 23, 159）、擴寬超級電容器低溫電壓窗口（Journal of MaterialsChemistry A, 2020, 8, 17998）等方面取得系列進展。

以上工作得到了國家自然科學基金、大連國家潔凈能源實驗室合作基金和肇慶市科技局的支持。

Zn(ClO4)2鹽冰的低溫拉曼面掃（a）、離子傳輸機制示意圖（b）及鋅離子混合電容器的循環穩定性（c）