AFM：长寿命准固态锌金属电池用两性离子水凝胶电解质

newbee

2020-04-09

随着大型储能系统和可穿戴电子设备的需求不断增长，人们一直致力于研究高能量密度的锂离子电池（LIB）。但是，锂资源有限，成本高，电解液易燃且有毒等缺点严重阻碍了锂离子电池的实际应用。具有低电化学势（vs. SHE为-0.76 V），高容量（5850 mAh cm^-3），低成本和高安全性的锌（Zn）金属显示出较大的前景。然而，在水性条件下的枝晶生长和腐蚀问题极大地限制了长寿命锌金属电池的发展。为了应对这一挑战，天津大学罗加严和王澳轩等人构筑了两性离子水凝胶电解质（PZHE），其室温离子电导率高达32.0 mS cm^-1，Zn²⁺转移数为0.656。该研究为柔性准固态锌金属电池的发展铺平了道路。

本文要点：

1） 两性离子聚合物中丰富的亲水基和带电基团可以很好地将水分子固定在聚合物骨架中，并有效减少副反应。两性离子聚合物的带电基团还可以使离子分布均匀以实现均匀的锌沉积。

2） 使用PZHE的对称电池可实现超过3500小时的长循环寿命，采用VS₂和MnO₂正极的全电池也同样具有出色的循环稳定性。

3） PZHE凝胶结合物理和化学交联的优势，使得柔性准固态锌金属电池具有出色的可加工性，自愈性和安全性，甚至可以在各种极端条件下运行，比如切割，浸泡，锤击，燃烧和冻结。

Kaitong Leng, et al. A Safe Polyzwitterionic Hydrogel Electrolyte for Long‐Life Quasi‐Solid State Zinc Metal Batteries, Adv. Funct. Mater. 2020

DOI: 10.1002/adfm.202001317

https://doi.org/10.1002/adfm.202001317