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基于固態聚合物電解質的電池因其安全的運行特性、寬電壓窗口和適當的柔性而大有可為。然而，低離子電導率、低陽離子轉移數、弱抗氧化/還原性和低機械強度限制了它們在鋅離子電池中的應用。

圖1 “鹽包聚合物”固態聚合物電解質的設計

華南理工大學馬龍濤、西北工業大學樊慧慶、謝菲爾德大學Yongbo Fan等利用高效、快速的相變方法開發出了一種”鹽包聚合物”固態聚合物電解質，它具有豐富的交聯聚合物鏈網絡。與傳統方法相比，這種相變方法具有效率高、速度快、環保等優點，因而更加實用。研究顯示，”鹽包聚合物”固態聚合物電解質含有高濃度的兩種不同的鹽，其中OTf-陰離子破壞了氰基的極性作用，從而提高了鏈的活性；ZnF₂微米粒子促進了分子鏈的交聯，降低了聚合物基體的結晶度，同時使Zn²⁺和OTf-解耦，從而實現了高離子導電性。

此外，高鏈活性和低結晶度使PAN的玻璃化轉變溫度（Tg）從104 ℃降至約50 ℃，并改善了Zn²⁺的轉移動力學，從而使70%鹽-SPE具有1.75 mS cm^-1的高離子電導率和0.78的高轉移數。同時，無機ZnF₂填料促進了Zn(OTf)₂電解質體系中固體電解質界面相的形成，使Zn剝離/沉積具有高可逆性。

圖2 鋅的可逆性研究

結果，采用70%鹽-SPE的Zn//Zn對稱電池顯示出超過3200小時的超長壽命，遠遠長于使用10%鹽-SPE的電池（533 小時）。基于70%鹽-SPE的Zn//MnHCF 全電池在0.2 A g^-1電流下的比容量高達176.7 mAh g^-1。電流密度增加到1.4 A g^-1時，容量仍保持在104 mAh g^-1。

更重要的是，Zn//MnHCF電池具有超長循環穩定性，循環次數超過6000次，容量保持率達80%，遠高于10%鹽-SPE（循環1000次后容量保持率為59%）。毫無疑問，鹽包聚合物電解質構建方法是提高固態電解質性能的有效措施。

圖3 電池性能研究

A “Polymer-in-Salt” Solid Electrolyte Enabled by Fast Phase Transition Route for Stable Zn Batteries. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202307740

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?馬龍濤/樊慧慶等AFM：通過快速相變構建高性能鹽包聚合物固態電解質

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