​山大/北理EnSM：高性能水系锌离子电池的防冻聚合酸电解液

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​山大/北理EnSM：高性能水系锌离子电池的防冻聚合酸电解液
锌(Zn)负极存在析氢、表面钝化和枝晶生长等问题，严重限制了水系锌离子电池(ZIBs)的实际应用。
​山大/北理EnSM：高性能水系锌离子电池的防冻聚合酸电解液
在此，山东大学李国兴教授&北京理工大学Zhujie Li团队报道了一种含有聚乙二醇二酸(PEGDA)的防冻聚合酸电解质，可在强酸性环境中实现稳定的锌负极并实现高性能ZIBs。
聚合酸电解质提供强酸性环境，消除与OH–相关的锌负极表面钝化，改变锌离子溶剂化结构以减轻H2O分解引起的副反应，并实现无枝晶的锌沉积沿(002)Zn外延生长。在双侧电极处形成稳定的交联聚合物电极/电解质界面(-ZnOOC-PEG-COOZn-)。
​山大/北理EnSM：高性能水系锌离子电池的防冻聚合酸电解液
图1. PEGDA电解质的特性
总之，本工作展示了一种与锌负极兼容的有前景的聚合酸电解质，可用于可持续ZIBs，并提高性能和安全性。PEGDA作为电解液中的独特成分，不仅提供了强酸性环境，消除了传统水系电解液中存在的问题，而且通过重塑相互作用网络改变了Zn2+溶剂化结构，限制了H2O分子的活性，从而提高了电解液的稳定性。减轻H2O-分解引起的副反应并拓宽了水性电解质的电化学稳定性窗口。
此外，由于PEGDA对Zn(002)晶面具有较高的吸附能，因此能够实现无枝晶的Zn沉积，并具有(002)面的优先生长。形成的具有促进Zn2+传输的交联聚合物SEI/CEI层可以阻止强酸性电解质与Zn金属的进一步反应以及ZnVO的溶解。这种独特的强酸性电解质解决了水系ZIB的关键问题包括表面钝化、枝晶生长、析氢和腐蚀。
基于该种独特的电解质，锌负极在2500次循环中表现出高达99.89%的平均电镀/剥离CE。Zn//ZnVO全电池表现出优异的循环稳定性和较长的循环寿命。聚合酸电解质还使ZIB能够在零下温度(例如-10℃)下高性能工作。该工作对电解液的酸性与锌负极稳定性之间的关系提供了重要的见解。
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图2. 使用各种电解质的Zn//ZnVO全电池的性能
Antifreezing polymeric-acid electrolyte for high-performance aqueous zinc-ion batteries, Energy Storage Materials 2023 DOI: 10.1016/j.ensm.2023.102880

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