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支春義團(tuán)隊最新Nature子刊：ZIBs的貧水凝膠電解質(zhì)！

來源：時間：2023-08-07 10:55:30 瀏覽：2861次

第一作者：Yanbo Wang

通訊作者：支春義教授、金旭工程師

通訊單位：香港城市大學(xué)、中國石油勘探開發(fā)研究院

DOI: 10.1038/s41467-023-39634-8

01

研究背景

鋅離子電池（ZIBs）具有較高的理論容量、安全性和可靠性，有廣泛的應(yīng)用前景。然而，寄生HER和電解液中Zn2+的不可逆損失會顯著降低ZIBs的庫侖效率和穩(wěn)定性。為獲得固態(tài)/準(zhǔn)固態(tài)ZIBs，開發(fā)了固體聚合物電解質(zhì)（SPE）和水凝膠電解質(zhì)（HPEs），但HPEs中存在大量的水，導(dǎo)致電化學(xué)穩(wěn)定性窗口狹窄。此外，HPEs不能從根本上消除負(fù)極的問題。由于其無液體特性和高化學(xué)穩(wěn)定性，SPE是實現(xiàn)高穩(wěn)定Zn負(fù)極和寬電化學(xué)穩(wěn)定窗口的有前途的方法，但其具有低離子電導(dǎo)率并導(dǎo)致高阻抗?；诖耍愀鄢鞘写髮W(xué)支春義教授、中國石油勘探開發(fā)研究院金旭工程師等人開發(fā)了一種貧水凝膠電解質(zhì)，旨在平衡離子轉(zhuǎn)移、負(fù)極穩(wěn)定性、電化學(xué)穩(wěn)定窗口和電阻。

02

文章要點

要點一：研究設(shè)計的水凝膠配備了分子潤滑機(jī)制，確保了離子的快速輸送，擴(kuò)大了電化學(xué)穩(wěn)定性窗口和高度可逆的鋅電鍍/剝離。

要點二：該電池在高電流和低電流下分別表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性和容量保持能力，實現(xiàn)優(yōu)異的粘附能力，滿足柔性器件的需求。

要點三：該研究結(jié)果提供了一種準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)，它提供了接近傳統(tǒng)水凝膠的離子電導(dǎo)率，以及寬的電化學(xué)穩(wěn)定窗口和在Zn負(fù)極側(cè)優(yōu)越的副反應(yīng)抑制能力。

03

圖文展示

圖1.水凝膠離子傳輸機(jī)制示意圖

圖2. ZIG的合成路線以及FTIR表征

圖3.不同電解質(zhì)的電化學(xué)穩(wěn)定性窗口和Zn負(fù)極的穩(wěn)定性

圖4.使用不同電解質(zhì)的Zn||Zn對稱電池的Zn負(fù)極形貌

圖5.使用ZIG-20 wt%電解質(zhì)的Zn||MnHCF電池的電化學(xué)性能

圖6.粘附力的表征

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