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支春义团队Nat. Commun.：不对称电解质助力锌电池发展！

来源：时间：2023-06-21 10:00:48 浏览：2163次

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

通讯作者：支春义教授

通讯单位：香港城市大学

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

研究背景

可再充电水系锌电池，其在实际应用中面临的挑战是水在负极侧和正极侧的矛盾问题：在阳极侧，Zn腐蚀、析氢反应（HER）和枝晶生长都是源于Zn²⁺与水的相互吸引（形成[Zn(H₂O)₆]²⁺配位离子等）和Zn沉积的不均匀分布；在阴极侧，H⁺插入和水“润滑剂”效果对于实现高容量和优异的循环稳定性至关重要。利用有机电解质、水凝胶电解质、聚合物固体电解质等策略可以提高性能，但只能减轻而不能彻底阻止Zn降解，因为Zn/水界面基本上是热力学不稳定的。基于此，香港城市大学支春义教授等人报道了一种由无机固态层和水凝胶层组成的锌电池不对称电解质，以同时满足锌负极和正极的要求。在组装电池中，锌负极面对不对称电解质的固态PPF侧，实现无枝晶，高可逆性；正极面向不对称电解质的水凝胶侧，利用水凝胶中的H₂O和H⁺实现其全部容量。

文章要点

1、所研制的电解质在满电池水平下，使用不对称电解质的~5.5 mAh·cm²面积容量Zn//MnO₂电池在1000次循环后可以提供高达92.4%的高容量保持率，每循环可达到99.9%的超高库仑效率（CE）。

2、该工作将为构建双功能电解质提供一种智能解决方案，以满足锌电池阳极和阴极同时矛盾的要求。

图文展示

图1. Zn//MnO₂和Zn//V₂O₅全电池使用水系和非水系电解质的性能

图2.不对称电解质的制备与表征。

图3. PPFs衍生固体电解质层损耗效应的理论模拟与实验分析

图4.具有不同电解质的Zn//Zn和Zn//Cu电池的电化学性能

图5. Zn//MnO₂电池的电化学性能

图6. Zn//V₂O₅电池的电化学性能

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