李成超/杜文城AEM：高性能水系锌离子电池的软固态粘弹性锌粉负极设计

锌粉被认为是水系锌离子电池的潜在锌金属负极。然而，在采用传统聚合物粘结剂的复合锌粉负极中，离子/电子转移和体积效应的限制会导致电接触失效，从而降低其电化学性能。

图1 ss-ZnP的作用示意

广东工业大学李成超、杜文城等开发了一种环氧低聚物粘结策略来构建软固态状粘弹性锌粉复合负极。具体而言，通过简单地将Zn粉末和2D碳（原始石墨烯纳米片，PG）填充到液态环氧树脂（E-44）基体中，形成类似可折叠橡皮擦的软固态结构，可以容易地获得软固态Zn粉末复合材料（ss-ZnP）。一系列的物理和电化学特性表明，ss-ZnP具有良好的流变性能和增强的电化学性能。

一方面，与固态Zn粉（s-ZnP，离子转移数：0.25）相比，流变性ss-ZnP显著改善了锌离子的扩散（离子转移数：0.44），这使界面电场均匀化，减轻了体积效应，从而确保了持久的电接触。同时，高储能模量和剪切减薄行为使ss-ZnP具有优异的自支撑性和延展性。另一方面，由于环氧树脂基体中导电材料（锌粉和PG）含量高，ss-ZnP表现出高的电子导电性（188 mS m⁻¹），这比其他报道的流变锌粉负极要好。

图2 半电池性能

因此，ss-ZnP能够显著增强沉积/剥离动力学，实现无枝晶沉积，并显示出更低的电压滞后，循环寿命是s-ZnP的十几倍。此外，组装的NH₄V₄O₁₀⁄ss-ZnP全电池可提供近两倍的高容量和更长的循环稳定性，最高可达500次循环。

此外，通过对ss-ZnP进行加工和成型，可以容易地构建各种ZIB器件，如软包电池和图案化微电池，并显示出良好的电化学性能。ss-ZnP的这种独特的粘弹性将极大地促进其电极加工技术和电化学性能的调节。因此，这项工作将有助于开发多功能锌粉负极，并在实践中进一步提高锌负极的性能，积极促进锌粉基电极材料的实际应用。

图3 全电池性能

Designing Soft Solid-like Viscoelastic Zinc Powder Anode toward High-Performance Aqueous Zinc-Ion Batteries. Advanced Energy Materials 2023. DOI: 10.1002/aenm.202301835