中南大学吴飞翔Nature子刊：致密的钙钛矿SrTiO3水系电解质实现高电压锌离子电池

传统的弱酸性锌离子电池电解质存在许多问题，如不良副反应和锌枝晶的不均匀生长，导致库仑效率低、比容量低和循环稳定性差等。

在此，中南大学吴飞翔教授团队开发了一种水性致密电解质，即添加了钙钛矿SrTiO₃粉末的常规水性电解质，以实现高性能的水性锌离子电池。该种致密电解质具有降低水分子活性、提高了Zn²⁺转化率以及诱导 Zn (002) 均匀沉积的独特性能。因此，致密化电解质在Zn/Ti半电池中表现出超过1000次循环的超长循环稳定性。

此外，这种致密化电解质还能使 Zn/MnO₂电池在扩展电压范围内循环500次后，在1 A g^-1电流条件下达到328.2 mAh g^-1的高比容量。

图1. 水性致密电解质的性能

总之，该工作通过将SrTiO₃引入常规水系电解质中开发了一种致密水系电解质。由于SrTiO₃破坏了自由水的H键网络，削弱了水分子在溶剂化壳层中的反应活性，致密的电解质抑制了副反应，抑制了界面腐蚀和钝化。此外，Zn²⁺迁移数的增加改善了电化学反应动力学，即使在大电流密度和低温下也是如此。

结果表明，Zn/Zn对称电池在2mA cm^-2和1mAh cm^-2下，在致密电解质中暴露最多的Zn(002)面能稳定工作2000h以上。而Zn/Ti半电解槽在1000次循环中循环稳定性显著，CE高达99.6%。此外，在0.8~2.0V的电压范围内，高压Zn/MnO₂全电池具有长期的循环稳定性和超高的比表面积。因此，致密水系电解质显著改善了高压锌离子电池的电化学性能，为水电池的电解质优化提供了一种新的设计思路和解决方案。

图2. Zn/MnO₂全电池的电化学性能与表征

An aqueous electrolyte densified by perovskite SrTiO3 enabling high-voltage zinc-ion batteries, Nature Communications 2023 DOI: 10.1038/s41467-023-40462-z

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中南大学吴飞翔Nature子刊：致密的钙钛矿SrTiO3水系电解质实现高电压锌离子电池

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