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接枝MXene/聚合物電解質(zhì)用于延長在高/低溫下鋅電池的保質(zhì)期

第一作者：陳澤，李新亮通訊作者：支春義*單位：香港城市大學(xué)

研究背景

水系鋅離子電池(ZIBs)由于其高安全性和有競爭力的容量一直被認(rèn)為是極具潛力的新型能量存儲設(shè)備。然而，就ZIBs的實(shí)際應(yīng)用而言，它的保質(zhì)期難以滿足要求，主要是因?yàn)樗惦娊庖号c鋅金屬之間存在不可避免的副反應(yīng)，包括腐蝕，析氫和鈍化。這些不良副反應(yīng)導(dǎo)致電池的界面阻抗異常增加，降低了鋅陽極的利用率，最終嚴(yán)重削減了ZIBs的保存期限。采用全固態(tài)電解質(zhì)可以高效解決上述問題，因?yàn)橥耆苊饬怂肿釉隗w系里的一系列副反應(yīng)，但是目前ZIBs中的固態(tài)電解液報(bào)道少之又少，高性能的鋅電固態(tài)電解質(zhì)還有待開發(fā)。

文章簡介

基于此，香港城市大學(xué)支春義教授團(tuán)隊(duì)在Energy Environ. Sci.期刊上發(fā)表了題為“Grafted MXene/Polymer Electrolyte for High Performance Solid Zinc Batteries with Enhanced Shelf Life at Low/High Temperatures”的研究論文本文首次采用聚(丙烯酸甲酯)接枝MXenes填充的聚(偏氟乙烯-共六氟丙烯)(PVHF/MXene-g-PMA)固態(tài)聚合物電解質(zhì)(SPE)來解決ZIBs的低保質(zhì)期的問題。

圖1. 基于接枝Mxene的聚合物固態(tài)電解質(zhì)的組成及采用普通水系電解液和該固態(tài)電解質(zhì)在儲存一定時(shí)間后的電化學(xué)性能。

本文要點(diǎn)

要點(diǎn)一：高鋅離子遷移率的固態(tài)電解質(zhì)通過PMA和PVHF聚合物之間的相互作用，接枝MXenes可以均勻分散在基體中。結(jié)果表明，該SPE在室溫下的離子導(dǎo)電率比普通的PVHF基體高3個(gè)數(shù)量級，達(dá)到2.69×10-4 S cm-1，在高溫下可以再提升一個(gè)數(shù)量級?；诖穗娊赓|(zhì)實(shí)現(xiàn)了高可逆性的無枝晶的鍍鋅/剝離，其在室溫下可循環(huán)1000小時(shí)以上，高溫下循環(huán)200小時(shí)以上。要點(diǎn)二：高保質(zhì)期的全固態(tài)鋅電池

要點(diǎn)二：高保質(zhì)期的全固態(tài)鋅電池制備的具有消除HER和抑制負(fù)極Zn枝晶的固態(tài)全電池在室溫下表現(xiàn)高達(dá)10000次循環(huán)的優(yōu)異循環(huán)性能，并且可以在-35至100 ℃的溫度范圍內(nèi)正常工作。最重要的是不管是在低溫還是高溫下，全固態(tài)ZIBs的保存期限都超過90天。這項(xiàng)研究在具有優(yōu)異穩(wěn)定性和可靠性的全固態(tài)ZIBs方面取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，其有效抑制了鋅枝晶及副反應(yīng)、實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的循環(huán)性能和顯著的儲存期限。

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Grafted MXene/Polymer Electrolyte for High-Performance Solid Zinc Batteries with Enhanced Shelf Life at Low/High Temperatureshttps://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/ee/d1ee00409c#!divAbstract