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水系鋅離子電池由于其高理論容量、可靠的安全性、環境友好和低成本等優點，作為下一代可充電池被廣泛研究。然而，不規則枝晶生長和復雜的副反應等關鍵問題嚴重限制了鋅離子電池的進一步工業化。

北京化工大學陳仕謀、邱介山、中國石化石油化工科學研究院 Guolin Hou等提出了一種制備半固定化離子液體界面層(SIP)的策略，以在-35℃至60℃的寬溫度范圍內保護鋅負極。

圖1 負極/電解質界面的電化學行為示意圖

耦合聚丙烯腈（PAN）骨架和半固定化離子液體功能化SiO₂納米顆粒（SiO₂@IL）的界面層表現出許多獨特的優勢：

（1）在調節所有成分之間的結合能方面，SIP層降低了Zn²⁺脫溶的能量障礙，并通過阻止自由水的進入同步抑制了析氫反應（HER）活性；

（2）自由陰離子相提供了快速的離子傳輸通道，提高了離子導電性和Zn²⁺轉移數，并最終提高了熱力學穩定性和寬溫下的離子傳輸動力學；

（3）固定化的SiO₂@陽離子起到共軛架的作用，使Zn²⁺流量均勻化，并在自極化電場下沿（002）平面誘導均勻成核和平面沉積。

圖2 水合Zn²⁺的脫溶過程和SIP聚合物界面中的離子傳輸機制

得益于這些優勢，對稱鋅電池在20 mA cm^-2下表現出1800h的長循環壽命，甚至在-35℃和60℃下也實現了超過2000小時的長期循環。此外，Zn//MnO₂和Zn//Mg_0.1-V₂O₅-H₂O（MgVO）全電池也提供了出色的循環和倍率性能（在20 A g^-1下的1000次循環）和寬溫性能（在-35℃下80次循環后保持85.8%和在60℃下800次循環后約200 mAh g^-1）。

重要的是，Zn//氮摻雜碳電池顯示了80000次的超長循環壽命，其容量衰減可以忽略不計。此外，軟包電池也表現出500次循環的長期循環穩定性。

圖3 寬溫下的電化學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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陳仕謀/邱介山等AM：界面調控實現-35°C至60°C寬溫高穩定鋅離子電池！

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