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鋅（Zn）金屬負極已在水系鋅電池中得到廣泛研究。然而，枝晶形成問題和連續的副反應嚴重阻礙了鋅負極在高電流密度下的實際應用。

在此，東華大學武培怡教授、焦玉聰研究員等人報道通過摻入兩性離子凝膠聚（3-（1-乙烯基-3-咪唑啉）丙磺酸鹽）（PVIPS）來設計具有多功能帶電基團的凝膠電解質（PZIB）可以有效地解決上述問題。通過紫外誘導聚合，將VIPS聚合在細菌纖維素（BC）網絡中制備PZIB凝膠。研究表明，多兩性離子中大量的磺酸根和咪唑帶電基團可以調節Zn²⁺的溶劑化結構從而起到抑制鋅負極副反應的作用。

此外，磺酸根和咪唑基團可以使電場分布均勻并成功地織構Zn²⁺均勻外延形成（002）晶面，以進一步抑制枝晶的形成和副反應。甚至，帶電基團可以提高鋅鹽的解離率以改善Zn²⁺的傳輸，從而導致21.88 mS cm^-1的高離子電導率和0.74的Zn²⁺遷移數。

圖1. 鍍鋅/剝離性能的電化學表征

因此，在5 mA cm^-2的高電流密度和5 mA h cm^-2的面積容量下，PZIB凝膠電解質增強對稱鋅電池可以穩定循環超過500小時，而具有液體電解質的電池在短路前只能循環不到20小時。此外，在7.5 mA cm^-2的高密度下，對稱鋅電池的累積容量為3000 mA h cm^-2，超過了目前報道的大多數高電流密度的鋅電池。

進一步實驗表明，Zn/MnO₂全電池在5C下具有超過1000次的長期循環壽命。柔性Zn/PZIB凝膠電解質/MnO₂準固態全電池在5 C倍率下不同彎曲角度均可提供高達120.6 mAh g^-1的容量，其安全性能也通過不同的破壞性實驗得到證實。因此，該凝膠電解質的設計將為安全、柔性和可穿戴的儲能設備提供有希望的可行性。

圖2. 柔性Zn/PZIB凝膠電解質/MnO₂準固態電池的電化學性能

Gel Electrolyte Constructing Zn (002) Deposition Crystal Plane Toward Highly Stable Zn Anode, Advanced Science 2022. DOI: 10.1002/advs.202104832

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武培怡/焦玉聰Adv. Sci.: 凝膠電解質構建（002）沉積晶面穩定鋅負極

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