兼容且堅(jiān)固的電極-電解質(zhì)界面有利于解決水系鋅離子電池的嚴(yán)重枝晶生長(zhǎng)和副反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)壽命和充放電速率。松山湖材料實(shí)驗(yàn)室王欣、中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院韓翠平等報(bào)告了一種通過(guò)原位構(gòu)建凝膠電解質(zhì)（GPE）的化學(xué)焊接策略，這使鋅離子電池能夠?qū)崿F(xiàn)超長(zhǎng)壽命和可逆性。

圖1. 異位GPE和原位GPE示意圖

由鋅金屬引發(fā)的原位GPE在鋅金屬負(fù)極和電解質(zhì)之間產(chǎn)生化學(xué)焊接，從而形成良好的結(jié)合和缺水的電極-電解質(zhì)界面，從而抑制枝晶生長(zhǎng)和副反應(yīng)。氧化還原引發(fā)還消除了Zn表面的異質(zhì)性，并通過(guò)調(diào)節(jié)初始Zn成核和生長(zhǎng)，使Zn沿(002)晶面優(yōu)先生長(zhǎng)。結(jié)果，原位形成的GPE可實(shí)現(xiàn)具有良好連接的離子路徑和較少副反應(yīng)的強(qiáng)鍵界面。

圖2. 對(duì)稱電池的性能

受益于上述優(yōu)勢(shì)，由此制備的原位對(duì)稱電池可提供5100小時(shí)（>212天）的超長(zhǎng)壽命，并且具有原位電解質(zhì)的雜化電容器在20 A g^-1下可平穩(wěn)運(yùn)行超過(guò)40,000次循環(huán)。即使在40 mA cm^-2的超高電流密度和40 mAh cm^-2的容量下，電池仍可穩(wěn)定運(yùn)行240小時(shí)，同時(shí)具有87%的放電深度和高鋅利用率。因此，原位凝膠電解質(zhì)集成了堅(jiān)固的界面和一體式電池的制備，證明了水系鋅存儲(chǔ)裝置的商業(yè)化途徑。

圖3. 雜化電容器的性能

Chemical Welding of Electrode-Electrolyte Interface by Zn Metal-Initiated in-situ Gelation for Ultralong-Life Zn-Ion Batteries. Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202207118