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水系準(zhǔn)固態(tài)鋅離子電池研究取得進(jìn)展
2025年06月25日 10:50:56
來源：化工儀器網(wǎng) 點擊量：3295
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(tuán)隊在水系鋅離子電池凝膠電解質(zhì)研究方面取得新進(jìn)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(tuán)隊在水系鋅離子電池凝膠電解質(zhì)研究方面取得新進(jìn)展。科研人員利用尿素作為親鋅增溶劑，開發(fā)出具有高機(jī)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(jìn)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(jī)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(qiáng)了鏈段之間的糾纏，從而使得拉伸率提高至557%，壓縮強(qiáng)度達(dá)到3.7 MPa。這一特性顯著增強(qiáng)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(qiáng)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(dá)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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