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港科大AFM: 用于長循環鋅離子電池和NASICON型正極的雙功能水合凝膠電解質

水系鋅離子電池是一種有前景且安全的儲能技術。然而，當前的水系電解液鋅離子電池技術受到電解液和電極之間不良反應的阻礙，這會導致鋅枝晶生長、氣體逸出和正極降解。

在此，香港科技大學Francesco Ciucci教授等人報道創建了一種在聚合物框架中結合己二腈 (ADN) 和Zn(ClO₄)₂·6H₂O的低成本水合凝膠電解質 (HGE)。其主要新穎性可概括如下：

i) 引入熱和電化學穩定的ADN以調節Zn剝離/鍍層并在正極上形成保護層；

ii) 低成本和高溶解性的Zn(ClO₄)₂·6H₂O鹽將水引入HGE，降低粘度并增加電導率；

iii) 進行了深入的實驗和理論研究，以探索HGE的穩定機制。因此，HGE制造簡單、成本低、安全且柔性。

圖1. DFT計算

組裝的Zn/HGE/Zn對稱電池可以在0.5 mA cm^-2下循環超過1000小時，在 0.2 mA cm^-2下循環2000小時而不發生短路，表明對Zn枝晶的有效抑制。

此外，以NASICON型Sr摻雜的Na₃V₂(PO₄)₃ (SNVP) 為正極的Zn/HGE/SNVP全電池可以在10 C下循環超過8000次，同時保持90 mAh g^-1的高容量。

圖2. Zn/HGE/SNVP全電池的電化學性能

Bifunctional Hydrated Gel Electrolyte for Long-Cycling Zn-Ion Battery with NASICON-Type Cathode. Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202105717

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