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阻礙鋅金屬電池應用的主要障礙之一是來自鋅金屬負極和正極的矛盾需求。在負極方面，水會誘發嚴重的腐蝕和枝晶的生長，明顯地抑制了鋅沉積/剝離的可逆性。在正極一側，水是必不可少的，因為許多正極材料需要H⁺和Zn²⁺的插入/提取來實現高容量和長壽命。

圖1. Zn/MnO₂和Zn/V₂O₅全電池的評估

支春義團隊等首次設計了一種非對稱電解質，不僅解決了鋅的不穩定性和枝晶生長的問題，而且還保持了水系鋅電池的電化學性能不受影響。

該非對稱電解質由兩個功能化層組成，其中，在鋅金屬一側，高Zn²⁺導電的無機固態電解質被設計用來實現無枝晶和無氫的Zn沉積/溶解。在正極一側，含水聚丙烯酰胺（PAM）水凝膠電解質以滿足額外的H⁺插入/提取并促進Zn²⁺插入/提取。

圖2. 非對稱電解質的制備和表征

因此，在高達10 mAh-cm^-2（Zn//Zn）、~5.5 mAh-cm^-2（Zn//MnO2）和~7.2 mAh-cm^-2（Zn//V2O5）的超高容量電池中，沒有檢測到氫和枝晶的生長。

這些Zn//MnO₂和Zn//V₂O₅電池表現出顯著的循環穩定性，循環1000次和400次后相對于初始容量的保留率分別為92.4%和 90.5%。這項工作將為構建雙功能電解質提供一個智能解決方案，以同時滿足鋅電池負極和正極的矛盾要求。

圖3. Zn//MnO₂全電池的電化學性能

An asymmetric electrolyte to simultaneously meet contradictory requirements of anode and cathode. Nature Communications 2023. DOI: 10.1038/s41467-023-38492-8

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