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水系準(zhǔn)固態(tài)鋅離子電池研究取得進展
2025年06月25日 10:50:56
來源：化工儀器網(wǎng) 點擊量：3210
近期，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所研究員胡林華團隊在水系鋅離子電池凝膠電解質(zhì)研究方面取得新進展。研究人員采用了親鋅增溶策略，成功突破了傳統(tǒng)醋酸鋅水凝膠的濃度限制。
近期，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所研究員胡林華團隊在水系鋅離子電池凝膠電解質(zhì)研究方面取得新進展。科研人員利用尿素作為親鋅增溶劑，開發(fā)出具有高機械耐久性的醋酸鋅凝膠電解質(zhì)，組裝成的軟包電池具有高比容量和高韌性。相關(guān)成果發(fā)表在國際期刊《德國應(yīng)用化學(xué)》(Angewandte Chemie International Edition)上。
水系鋅離子電池是一種新型的二次電池，使用鋅作為負(fù)極材料，水或含水電解液作為電解質(zhì)，具有高能量密度、安全性高和環(huán)保等優(yōu)點。然而，該款電池因電解液泄漏和腐蝕問題導(dǎo)致實際應(yīng)用受限，準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)因其流變穩(wěn)定性和高柔韌性被視為解決方案。
理想的鋅鹽應(yīng)具備低成本、環(huán)保和高水溶性，醋酸鋅雖然符合成本和生態(tài)需求，但溶解性差，導(dǎo)致參與電化學(xué)反應(yīng)的鋅離子不足，進而限制電池容量與倍率性能。因此，提高醋酸鋅溶解度并將其應(yīng)用于準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)，是解決電池機械耐久性和容量不足的關(guān)鍵。
針對上述難題，研究人員采用了親鋅增溶策略，成功突破了傳統(tǒng)醋酸鋅水凝膠的濃度限制。研究發(fā)現(xiàn)，由于“鹽析”效應(yīng)，高濃度的Ac?促使聚合物鏈上的水合殼層脫落，增強了鏈段之間的糾纏，從而使得拉伸率提高至557%，壓縮強度達到3.7 MPa。這一特性顯著增強了水凝膠的抗疲勞性能，使其能夠抵抗重復(fù)的鋅沉積/剝離過程以及外部物理刺激。
此外，在電池運行過程中，會原位形成聚脲固體電介質(zhì)界面(SEI)層，增強了電極/電解質(zhì)界面的熱力學(xué)穩(wěn)定性。組裝的Zn//Cu電池展現(xiàn)出高達99.93%的庫侖效率，Zn//NH4V4O10軟包電池在500 mA g?¹的電流密度下展現(xiàn)出280.7 mAh g?¹的高比容量，并且在200個循環(huán)后容量保持率為90.13%。軟包電池的靈活性使其即使在彎曲和折疊過程中也能保持穩(wěn)定的電壓。未來，隨著技術(shù)不斷優(yōu)化升級，該款電池有望在便攜式、可穿戴電子設(shè)備領(lǐng)域表現(xiàn)巨大的應(yīng)用潛力。
素材來源：中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
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