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AEM：低成本準(zhǔn)固態(tài)膨脹粘土包水電解質(zhì)實(shí)現(xiàn)5000次循環(huán)水系鋅離子電池

水誘導(dǎo)的寄生反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致鋅金屬負(fù)極的可逆性較差，這對(duì)水系鋅離子電池（AZIBs）的實(shí)際應(yīng)用構(gòu)成了重大挑戰(zhàn)。

圖1 電解質(zhì)設(shè)計(jì)

德克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校Guoping Xiong、Kyeongjae Cho、圣母大學(xué)Tengfei Luo等設(shè)計(jì)了一種含有硫酸鋅和膨脹粘土（BT）的新型準(zhǔn)固態(tài)”膨脹粘土包水”（water-in-swelling-clay）電解質(zhì)（WiSCE），以實(shí)現(xiàn)高度可逆的鋅金屬負(fù)極。研究顯示，基于WiSCE的AZIB全電池在各種電流密度下都表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性、較長(zhǎng)的保質(zhì)期、較低的自放電速率和優(yōu)異的高溫適應(yīng)性。

特別是，基于WiSCE的AZIB全電池在0.1A g^-1的條件下循環(huán)200次后容量保持90.47%，在1A g^-1的條件下循環(huán)2000次后容量保持96.64%，在3A g^-1的條件下循環(huán)5000次后容量保持88.29%。

圖2 半電池性能

詳細(xì)的密度泛函理論計(jì)算表明，在WiSCE中BT和水分子之間形成了強(qiáng)烈的氫鍵。因此，水分子被BT強(qiáng)烈限制，特別是在夾層內(nèi)，這大大抑制了水引起的寄生反應(yīng)，大大改善了循環(huán)穩(wěn)定性。

因此，與最先進(jìn)的”鹽包水”電解質(zhì)相比，WiSCE可以在全電池水平上提供明顯更高的容量，而成本卻大大降低，這對(duì)設(shè)計(jì)下一代高性能AZIB很有希望。總鐵有人，這項(xiàng)工作為開(kāi)發(fā)具有成本競(jìng)爭(zhēng)力的AZIBs作為電網(wǎng)規(guī)模儲(chǔ)能的替代品提供了一個(gè)新的方向。

圖3 Zn||NVO全電池性能

A Low-Cost Quasi-Solid-State “Water-in-Swelling-Clay” Electrolyte Enabling Ultrastable Aqueous Zinc-Ion Batteries. Advanced Energy Materials 2023. DOI: 10.1002/aenm.202300782

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