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晏成林/錢濤Nano Letters：新型動(dòng)態(tài)“固-液”互轉(zhuǎn)換電解質(zhì)

由于在高電流密度下加速枝晶形成，水系高倍率鋅金屬電池（ZMBs）的實(shí)際應(yīng)用受到限制。迫切需要找到一種電解質(zhì)，它不僅具有機(jī)械剛性以抑制枝晶，而且不會(huì)犧牲離子電導(dǎo)率和界面相容性。

蘇州大學(xué)晏成林、南通大學(xué)錢濤等提出了一種基于非牛頓流體的新型動(dòng)態(tài)“固液”可相互轉(zhuǎn)換的電解質(zhì)（NNFE）。

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圖1. NNFE的作用示意和表征

NNFE的流動(dòng)性特性使其具有快速的電化學(xué)動(dòng)力學(xué)和優(yōu)異的界面相容性，并且剪切增厚的NNFE的流動(dòng)性和剛性行為可以根據(jù)Zn生長(zhǎng)速率可逆地切換。

當(dāng)Zn在電極上的局部沉積不均勻時(shí)，NNFE會(huì)響應(yīng)并在Zn生長(zhǎng)速度較快的區(qū)域發(fā)生機(jī)械硬化，以抑制枝晶生長(zhǎng)的局部增加，這在理論上通過(guò)機(jī)械有限元模擬和原位光學(xué)顯微鏡得到證實(shí)（FES）。

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圖2. 對(duì)稱電池性能

因此，結(jié)合水性流體的已知特性和NNFE的剪切增稠性，即使在50 mA cm^-2的電流密度下，NNFE也能使鋅對(duì)稱電池在20000次循環(huán)中可逆且穩(wěn)定地運(yùn)行。對(duì)于Zn//Na₅V₁₂O₃₂(NVO)全電池，NNFE還實(shí)現(xiàn)了5 A g^-1下5000個(gè)周期的長(zhǎng)循環(huán)。預(yù)計(jì)動(dòng)態(tài)固液電解質(zhì)的概念將為鋅金屬和其他金屬電極的保護(hù)帶來(lái)新的啟示。

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圖3. 全電池性能

New Type of Dynamically “Solid-Liquid” Interconvertible Electrolyte for High-Rate Zn Metal Battery. Nano Letters 2022. DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c00065

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