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楊劍/汪冬冬Angew.：動態鋅/電解液界面及溶膠電解質增強的陽離子轉移實現全天候水系鋅金屬電池

鋅金屬作為有前途的水系電池負極之一，具有顯著的優勢，但它面臨著嚴重的副反應和臭名昭著的枝晶生長等嚴峻挑戰。

在此，山東大學楊劍教授&汪冬冬等人探索了α-磷酸鋯(ZrP)超薄納米片作為電解液添加劑。納米片不僅在Zn電池中形成動態且可逆的界面，而且還促進電解質中Zn²⁺的傳輸，特別是在ZrP附近的外亥姆霍茲平面上。

受益于增強的動力學和動態界面，在以鋅粉為負極、有限N/P比、高質量負載和寬溫度等惡劣條件下，使用該電解質的Zn||LiMn₂O₄軟包電池表現出顯著改善的電化學性能。

圖1. 超薄納米片(ZrP)的結構表征及BE-ZrP的物理性質

具體而言，本工作在室溫下通過簡單的胺輔助插層法制備了ZrP超薄納米片，并將其加入堿性電解質中形成溶膠電解質。電解液中的ZrP由于提高了外亥姆霍茲平面的電荷遷移率，大大提高了Zn²⁺的電荷轉移和轉移數。同時，電解液中的ZrP在循環過程中可以在Zn/電解質界面動態吸附/解吸。動態界面相不僅減少了ZrP的損耗，而且抑制了副反應，促進了Zn²⁺的均勻沉積。

因此，制得的溶膠電解質表現出優異的性能。以BE-ZrP為電解液的Zn||LMO軟包電池在有限N/P為3、高負極質量(10-20 mg cm^-2)和寬溫度(-20℃~50℃)等惡劣條件下均表現出強的循環穩定性。并且，通過對鋅鹽、鋅負極和正極材料的優化，可以進一步提高其性能。

圖2. 基于BE-ZrP溶膠電解質的電化學性能

Dynamic Zn/Electrolyte Interphase and Enhanced Cation Transfer of Sol Electrolyte for All-Climate Aqueous Zinc Metal Batteries, Angewandte Chemie International Edition 2023 DOI: 10.1002/anie.202308068

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