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阻礙鋅金屬電池應(yīng)用的主要障礙之一是來(lái)自鋅金屬負(fù)極和正極的矛盾需求。在負(fù)極方面，水會(huì)誘發(fā)嚴(yán)重的腐蝕和枝晶的生長(zhǎng)，明顯地抑制了鋅沉積/剝離的可逆性。在正極一側(cè)，水是必不可少的，因?yàn)樵S多正極材料需要H⁺和Zn²⁺的插入/提取來(lái)實(shí)現(xiàn)高容量和長(zhǎng)壽命。

圖1. Zn/MnO₂和Zn/V₂O₅全電池的評(píng)估

支春義團(tuán)隊(duì)等首次設(shè)計(jì)了一種非對(duì)稱(chēng)電解質(zhì)，不僅解決了鋅的不穩(wěn)定性和枝晶生長(zhǎng)的問(wèn)題，而且還保持了水系鋅電池的電化學(xué)性能不受影響。

該非對(duì)稱(chēng)電解質(zhì)由兩個(gè)功能化層組成，其中，在鋅金屬一側(cè)，高Zn²⁺導(dǎo)電的無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)被設(shè)計(jì)用來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)枝晶和無(wú)氫的Zn沉積/溶解。在正極一側(cè)，含水聚丙烯酰胺（PAM）水凝膠電解質(zhì)以滿(mǎn)足額外的H⁺插入/提取并促進(jìn)Zn²⁺插入/提取。

圖2. 非對(duì)稱(chēng)電解質(zhì)的制備和表征

因此，在高達(dá)10 mAh-cm^-2（Zn//Zn）、~5.5 mAh-cm^-2（Zn//MnO2）和~7.2 mAh-cm^-2（Zn//V2O5）的超高容量電池中，沒(méi)有檢測(cè)到氫和枝晶的生長(zhǎng)。

這些Zn//MnO₂和Zn//V₂O₅電池表現(xiàn)出顯著的循環(huán)穩(wěn)定性，循環(huán)1000次和400次后相對(duì)于初始容量的保留率分別為92.4%和 90.5%。這項(xiàng)工作將為構(gòu)建雙功能電解質(zhì)提供一個(gè)智能解決方案，以同時(shí)滿(mǎn)足鋅電池負(fù)極和正極的矛盾要求。

圖3. Zn//MnO₂全電池的電化學(xué)性能

An asymmetric electrolyte to simultaneously meet contradictory requirements of anode and cathode. Nature Communications 2023. DOI: 10.1038/s41467-023-38492-8

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