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支春義團(tuán)隊Nat. Commun.：不對稱電解質(zhì)助力鋅電池發(fā)展！

來源：時間：2023-06-21 10:00:48 瀏覽：2599次

第一作者：Shengmei Chen、Yiran Ying和Longtao Ma

通訊作者：支春義教授

通訊單位：香港城市大學(xué)

DOI: 10.1038/s41467-023-38492-8.

研究背景

可再充電水系鋅電池，其在實際應(yīng)用中面臨的挑戰(zhàn)是水在負(fù)極側(cè)和正極側(cè)的矛盾問題：在陽極側(cè)，Zn腐蝕、析氫反應(yīng)（HER）和枝晶生長都是源于Zn²⁺與水的相互吸引（形成[Zn(H₂O)₆]²⁺配位離子等）和Zn沉積的不均勻分布；在陰極側(cè)，H⁺插入和水“潤滑劑”效果對于實現(xiàn)高容量和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性至關(guān)重要。利用有機(jī)電解質(zhì)、水凝膠電解質(zhì)、聚合物固體電解質(zhì)等策略可以提高性能，但只能減輕而不能徹底阻止Zn降解，因為Zn/水界面基本上是熱力學(xué)不穩(wěn)定的。基于此，香港城市大學(xué)支春義教授等人報道了一種由無機(jī)固態(tài)層和水凝膠層組成的鋅電池不對稱電解質(zhì)，以同時滿足鋅負(fù)極和正極的要求。在組裝電池中，鋅負(fù)極面對不對稱電解質(zhì)的固態(tài)PPF側(cè)，實現(xiàn)無枝晶，高可逆性；正極面向不對稱電解質(zhì)的水凝膠側(cè)，利用水凝膠中的H₂O和H⁺實現(xiàn)其全部容量。

文章要點

1、所研制的電解質(zhì)在滿電池水平下，使用不對稱電解質(zhì)的~5.5 mAh·cm²面積容量Zn//MnO₂電池在1000次循環(huán)后可以提供高達(dá)92.4%的高容量保持率，每循環(huán)可達(dá)到99.9%的超高庫侖效率（CE）。

2、該工作將為構(gòu)建雙功能電解質(zhì)提供一種智能解決方案，以滿足鋅電池陽極和陰極同時矛盾的要求。

圖文展示

圖1. Zn//MnO₂和Zn//V₂O₅全電池使用水系和非水系電解質(zhì)的性能

圖2.不對稱電解質(zhì)的制備與表征。

圖3. PPFs衍生固體電解質(zhì)層損耗效應(yīng)的理論模擬與實驗分析

圖4.具有不同電解質(zhì)的Zn//Zn和Zn//Cu電池的電化學(xué)性能

圖5. Zn//MnO₂電池的電化學(xué)性能

圖6. Zn//V₂O₅電池的電化學(xué)性能

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