陈仕谋/邱介山等AM：界面调控实现-35°C至60°C宽温高稳定锌离子电池！

水系锌离子电池由于其高理论容量、可靠的安全性、环境友好和低成本等优点，作为下一代可充电池被广泛研究。然而，不规则枝晶生长和复杂的副反应等关键问题严重限制了锌离子电池的进一步工业化。

北京化工大学陈仕谋、邱介山、中国石化石油化工科学研究院 Guolin Hou等提出了一种制备半固定化离子液体界面层(SIP)的策略，以在-35℃至60℃的宽温度范围内保护锌负极。

图1 负极/电解质界面的电化学行为示意图

耦合聚丙烯腈（PAN）骨架和半固定化离子液体功能化SiO₂纳米颗粒（SiO₂@IL）的界面层表现出许多独特的优势：

（1）在调节所有成分之间的结合能方面，SIP层降低了Zn²⁺脱溶的能量障碍，并通过阻止自由水的进入同步抑制了析氢反应（HER）活性；

（2）自由阴离子相提供了快速的离子传输通道，提高了离子导电性和Zn²⁺转移数，并最终提高了热力学稳定性和宽温下的离子传输动力学；

（3）固定化的SiO₂@阳离子起到共轭架的作用，使Zn²⁺流量均匀化，并在自极化电场下沿（002）平面诱导均匀成核和平面沉积。

图2 水合Zn²⁺的脱溶过程和SIP聚合物界面中的离子传输机制

得益于这些优势，对称锌电池在20 mA cm^-2下表现出1800h的长循环寿命，甚至在-35℃和60℃下也实现了超过2000小时的长期循环。此外，Zn//MnO₂和Zn//Mg_0.1-V₂O₅-H₂O（MgVO）全电池也提供了出色的循环和倍率性能（在20 A g^-1下的1000次循环）和宽温性能（在-35℃下80次循环后保持85.8%和在60℃下800次循环后约200 mAh g^-1）。

重要的是，Zn//氮掺杂碳电池显示了80000次的超长循环寿命，其容量衰减可以忽略不计。此外，软包电池也表现出500次循环的长期循环稳定性。

图3 宽温下的电化学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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陈仕谋/邱介山等AM：界面调控实现-35°C至60°C宽温高稳定锌离子电池！

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