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郭再萍/王慶紅/毛建峰EES：用于Zn負(fù)極循環(huán)的原位多功能聚合物SEI的仿生設(shè)計(jì)

固體電解質(zhì)界面（SEI）可高度設(shè)計(jì)用于抑制可充電水系鋅離子電池（RAZB）中鋅枝晶生長(zhǎng)和鋅負(fù)極與電解液之間的副反應(yīng)，但它仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。

在此，澳大利亞阿德萊德大學(xué)郭再萍教授、伍倫貢大學(xué)毛建峰博士及江蘇師范大學(xué)王慶紅副教授等人受生物粘附原理的啟發(fā)，通過多巴胺添加劑的原位電化學(xué)聚合過程，在鋅負(fù)極上成功構(gòu)建了穩(wěn)定的聚多巴胺SEI。

這種原位聚合物SEI具有多功能特征：具有豐富的官能團(tuán)和突出的親水性，可調(diào)節(jié)Zn成核以實(shí)現(xiàn)無枝晶Zn沉積；具有高的Zn²⁺電導(dǎo)率，實(shí)現(xiàn)Zn²⁺的快速傳輸。此外，其強(qiáng)大的粘附能力可阻止界面副反應(yīng)。

圖1. 聚合物SEI的形成示意圖和鋅電極的表征

因此，即使在超高電流密度和面積容量（30 mA cm^-2、30 mA h cm^-2）下鋅負(fù)極仍然表現(xiàn)出高可逆性（庫(kù)侖效率為99.5%）和出色的穩(wěn)定性。

此外，在貧電解液（9 μL mAh^-1）和低負(fù)正極容量比（~ 2）條件下，Zn/V₂O₅全電池的壽命得到了延長(zhǎng)。這項(xiàng)工作為水系電池的SEI設(shè)計(jì)提供了靈感，并促進(jìn)了RAZBs的實(shí)際應(yīng)用。

圖2. 聚合物SEI的多功能特性

圖3. Zn/V₂O₅全電池的電化學(xué)性能

Bio-inspired design of an in-situ multifunctional polymeric solid-electrolyte interphase for Zn metal anode cycling at 30 mA cm^-2 and 30 mAh cm^-2, Energy & Environmental Science 2021. DOI: 10.1039/D1EE01851E

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