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?西交王鵬飛/劉夢(mèng)婷EnSM：具有選擇性鋅離子通道的雙網(wǎng)絡(luò)保護(hù)層實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定鋅負(fù)極

可充電水系鋅離子電池（AZIB）的發(fā)展受到不可控枝晶生長(zhǎng)和鋅金屬負(fù)極上的有害副反應(yīng)等限制。

在此，西安交通大學(xué)王鵬飛，劉夢(mèng)婷等人在鋅負(fù)極上構(gòu)建了雙網(wǎng)絡(luò)瓊脂糖-聚丙烯酰胺（AG-PAM）凝膠，以形成環(huán)保的固態(tài)電解質(zhì)保護(hù)層。具體而言，該策略促進(jìn)了[Zn(H₂O)₆]²⁺團(tuán)簇的脫溶，并通過選擇性Zn²⁺均勻鋅離子通量，人工 AG-PAM 雙網(wǎng)水凝膠不僅抑制了不可逆的副反應(yīng)，還實(shí)現(xiàn)了均勻鋅沉積。因此，AG-PAM/Zn||AG-PAM/Zn 對(duì)稱電池在 1 mA cm^-2/1 mA h cm^-2 的條件下可實(shí)現(xiàn)超過 3500 小時(shí)的超長(zhǎng)循環(huán)壽命。

此外，AG-PAM/Zn|||Zn_0.09Mg_0.09V₂O₅全電池在1 A g^-1條件下循環(huán)250次后，容量達(dá)到240.8 mA h g^-1，而裸Zn全電池在循環(huán)100次后會(huì)迅速失效，相比之下，AG-PAM/Zn|||Zn_0.09Mg_0.09V₂O₅全電池的循環(huán)穩(wěn)定性更強(qiáng)。

圖2. 界面動(dòng)力學(xué)

總之，該工作構(gòu)建了一種由親水性 AG-PAM 凝膠組成的簡(jiǎn)單且環(huán)保的界面層，以提高 AZIBs 中鋅負(fù)極的穩(wěn)定性。由于AG-PAM/Zn電極中瓊脂糖與Zn²⁺的強(qiáng)相互作用，Zn²⁺可以通過選擇性Zn²⁺通道更好地被捕獲并遷移到Zn金屬上，很大程度上均勻化Zn²⁺通量并促進(jìn)Zn金屬的均勻沉積。由于Zn表面雙網(wǎng)絡(luò)保護(hù)層的限域作用，自由水分子的擴(kuò)散也被有效限制，抑制了不可逆的副反應(yīng)。

因此，對(duì)稱AG-PAM/Zn||AG-PAM/Zn電池在1 mA cm^?2/1 mA h cm^?2下表現(xiàn)出超過3500小時(shí)的超長(zhǎng)循環(huán)壽命。此外，配對(duì)的 AG-PAM/Zn||ZMVO 全電池在 1 A g^?1 下循環(huán) 250 次后，具有增強(qiáng)的循環(huán)性能，容量為 240.8 mA hg^?1。因此，該項(xiàng)工作為開發(fā)水凝膠保護(hù)層以實(shí)現(xiàn)AZIBs的實(shí)際應(yīng)用提供了新的視角。

圖2. 全電池性能

Selective Zn-ion channels enabled by a double-network protective layer for stable zinc anode， Energy Storage Materials 2023 DOI: 10.1016/j.ensm.2023.103113

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