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港科大AFM: 用于長(zhǎng)循環(huán)鋅離子電池和NASICON型正極的雙功能水合凝膠電解質(zhì)

水系鋅離子電池是一種有前景且安全的儲(chǔ)能技術(shù)。然而，當(dāng)前的水系電解液鋅離子電池技術(shù)受到電解液和電極之間不良反應(yīng)的阻礙，這會(huì)導(dǎo)致鋅枝晶生長(zhǎng)、氣體逸出和正極降解。

在此，香港科技大學(xué)Francesco Ciucci教授等人報(bào)道創(chuàng)建了一種在聚合物框架中結(jié)合己二腈 (ADN) 和Zn(ClO₄)₂·6H₂O的低成本水合凝膠電解質(zhì) (HGE)。其主要新穎性可概括如下：

i) 引入熱和電化學(xué)穩(wěn)定的ADN以調(diào)節(jié)Zn剝離/鍍層并在正極上形成保護(hù)層；

ii) 低成本和高溶解性的Zn(ClO₄)₂·6H₂O鹽將水引入HGE，降低粘度并增加電導(dǎo)率；

iii) 進(jìn)行了深入的實(shí)驗(yàn)和理論研究，以探索HGE的穩(wěn)定機(jī)制。因此，HGE制造簡(jiǎn)單、成本低、安全且柔性。

圖1. DFT計(jì)算

組裝的Zn/HGE/Zn對(duì)稱(chēng)電池可以在0.5 mA cm^-2下循環(huán)超過(guò)1000小時(shí)，在 0.2 mA cm^-2下循環(huán)2000小時(shí)而不發(fā)生短路，表明對(duì)Zn枝晶的有效抑制。

此外，以NASICON型Sr摻雜的Na₃V₂(PO₄)₃ (SNVP) 為正極的Zn/HGE/SNVP全電池可以在10 C下循環(huán)超過(guò)8000次，同時(shí)保持90 mAh g^-1的高容量。

圖2. Zn/HGE/SNVP全電池的電化學(xué)性能

Bifunctional Hydrated Gel Electrolyte for Long-Cycling Zn-Ion Battery with NASICON-Type Cathode. Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202105717

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