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陳仕謀/邱介山等AM：界面調(diào)控實(shí)現(xiàn)-35°C至60°C寬溫高穩(wěn)定鋅離子電池！

水系鋅離子電池由于其高理論容量、可靠的安全性、環(huán)境友好和低成本等優(yōu)點(diǎn)，作為下一代可充電池被廣泛研究。然而，不規(guī)則枝晶生長和復(fù)雜的副反應(yīng)等關(guān)鍵問題嚴(yán)重限制了鋅離子電池的進(jìn)一步工業(yè)化。

北京化工大學(xué)陳仕謀、邱介山、中國石化石油化工科學(xué)研究院 Guolin Hou等提出了一種制備半固定化離子液體界面層(SIP)的策略，以在-35℃至60℃的寬溫度范圍內(nèi)保護(hù)鋅負(fù)極。

圖1 負(fù)極/電解質(zhì)界面的電化學(xué)行為示意圖

耦合聚丙烯腈（PAN）骨架和半固定化離子液體功能化SiO₂納米顆粒（SiO₂@IL）的界面層表現(xiàn)出許多獨(dú)特的優(yōu)勢：

（1）在調(diào)節(jié)所有成分之間的結(jié)合能方面，SIP層降低了Zn²⁺脫溶的能量障礙，并通過阻止自由水的進(jìn)入同步抑制了析氫反應(yīng)（HER）活性；

（2）自由陰離子相提供了快速的離子傳輸通道，提高了離子導(dǎo)電性和Zn²⁺轉(zhuǎn)移數(shù)，并最終提高了熱力學(xué)穩(wěn)定性和寬溫下的離子傳輸動力學(xué)；

（3）固定化的SiO₂@陽離子起到共軛架的作用，使Zn²⁺流量均勻化，并在自極化電場下沿（002）平面誘導(dǎo)均勻成核和平面沉積。

圖2 水合Zn²⁺的脫溶過程和SIP聚合物界面中的離子傳輸機(jī)制

得益于這些優(yōu)勢，對稱鋅電池在20 mA cm^-2下表現(xiàn)出1800h的長循環(huán)壽命，甚至在-35℃和60℃下也實(shí)現(xiàn)了超過2000小時的長期循環(huán)。此外，Zn//MnO₂和Zn//Mg_0.1-V₂O₅-H₂O（MgVO）全電池也提供了出色的循環(huán)和倍率性能（在20 A g^-1下的1000次循環(huán)）和寬溫性能（在-35℃下80次循環(huán)后保持85.8%和在60℃下800次循環(huán)后約200 mAh g^-1）。

重要的是，Zn//氮摻雜碳電池顯示了80000次的超長循環(huán)壽命，其容量衰減可以忽略不計。此外，軟包電池也表現(xiàn)出500次循環(huán)的長期循環(huán)穩(wěn)定性。

圖3 寬溫下的電化學(xué)性能和柔性器件演示

Semi-immobilized Ionic Liquid Regulator with Fast Kinetics towards Highly Stable Zinc Anode under -35°C to 60°C. Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202203153

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