鋅金屬已顯示出作為電網級儲能負極材料的潛力，但面臨樹枝狀生長和低庫侖效率的挑戰。加拿大阿爾伯塔大學王曉磊、阿貢國家實驗室陸俊等通過設計電極和電解質，開發了一種用于水系鋅離子電池和電容器（ZIBs和ZICs）的超快、穩定和高負載的聚合物負極。圖1 PI-1和PI-1/CNT的電極工程和結構表征首先在理論計算的指導下，作者合成了一系列有/無碳納米管（CNT）的分子和聚合物，并用作ZIBs負極。在這些材料中，由于其低水溶性、高LUMO能級、窄帶隙和大π共軛，所得聚酰亞胺/CNT負極材料(PI-1/CNT)表現出高氧化還原活性和對Zn2+存儲的穩定性。另一方面，1.5 M Zn(OTf)2電解質溶液具有高離子電導率、溫和的酸性、低粘度和豐富的Zn2+可及性。負極材料和電解質溶液的這些特性有利于電池的快速充電和穩定循環。圖2 PI-1/CNT電極優化的電化學性能和動力學分析因此，優化的組合將使PI-1/CNT負極具有低放電電壓（0.2-0.4 V vs. Zn2+/Zn）、接近理論的容量（128 mAh g-1，50 mA g-1）、高CE（~100%）、超高負載（~50 mg cm-2）、快速充電能力（100 A g-1）以及長達1000000次循環的非凡穩定性。此外，PI-1/CNT負極不僅可與ZIBs的電池正極相結合，表現出高功率密度（9.1 kW kg-1）和長壽命（50000次循環），而且與ZICs的超級電容器正極相結合，在10和200 A g-1下，實現了超過100萬次循環的創紀錄穩定性，遠優于基于Zn金屬負極的相應器件，即使在過量時也是如此。圖3 PI-1/CNT作為ZIBs和ZICs無鋅金屬負極的應用
Ultrafast, Durable, and High-loading Polymer Anode for Aqueous Zinc-Ion Batteries and Supercapacitors. Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202200077
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