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南通大學(xué)錢(qián)濤AM：膠體聚合物電解質(zhì)助力鋅金屬電池5000次循環(huán)！

水系電解質(zhì)的流動(dòng)性和不希望的析氫反應(yīng)（HER）會(huì)導(dǎo)致水系鋅金屬電池（ZMBs）在高容量和電流密度的深循環(huán)中出現(xiàn)嚴(yán)重的界面湍流，這將進(jìn)一步擾亂離子通量并加劇鋅枝晶的生長(zhǎng)。

南通大學(xué)錢(qián)濤等通過(guò)一種有趣的原位凝膠形成方法，設(shè)計(jì)了一種膠體聚合物電解質(zhì)（CPE），以減少界面湍流并促進(jìn)深鋅電化學(xué)。

圖1 液體BE中的界面湍流和CPE減少的界面湍流

CPE中固定的含有大量硅羥基的膠體粒子可以有效地與Zn²⁺配位，并提供均勻的Zn²⁺傳輸通道；此外，由于CPE中H₂O活性的變化，特殊的膠體性質(zhì)和對(duì)HER的合理抑制有助于有效減少界面干擾，從而穩(wěn)定Zn²⁺傳輸路徑。統(tǒng)一的Zn²⁺傳輸路徑的構(gòu)建和穩(wěn)定有助于均勻的Zn²⁺離子通量分布，可使離子可以均勻地沉積在電極上，這進(jìn)一步通過(guò)有限元模擬(FES)和原位拉曼測(cè)量得到驗(yàn)證。

圖2 Zn²⁺環(huán)境的演變

憑借這些優(yōu)點(diǎn)，鋅負(fù)極可以在高面積容量（高達(dá)20 mAh cm^-2）和電流密度（高達(dá)100 mA cm^-2）下維持長(zhǎng)壽命的無(wú)枝晶和可逆電化學(xué)鋅沉積/剝離， Zn//Na₅V₁₂O₃₂(NVO)全電池也表現(xiàn)出優(yōu)越的循環(huán)穩(wěn)定性，在5 A g^-1的高倍率下超過(guò)5000次循環(huán)后容量損失可忽略不計(jì)。

此外，在Zn//NVO全電池中可以實(shí)現(xiàn)低至1的N/P比（即100%的Zn利用率）。這一策略開(kāi)辟了一條基于CPE的全新途徑，以促進(jìn)ZMBs甚至其他水系儲(chǔ)能應(yīng)用的深循環(huán)電化學(xué)。

圖3 電化學(xué)性能

Diminishing Interfacial Turbulence by Colloid-Polymer Electrolyte to Stabilize Zinc Ion Flux for Deep-Cycling Zn Metal Batteries. Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202200131

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