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楊劍/汪冬冬Angew.：動態(tài)鋅/電解液界面及溶膠電解質(zhì)增強的陽離子轉(zhuǎn)移實現(xiàn)全天候水系鋅金屬電池

鋅金屬作為有前途的水系電池負極之一，具有顯著的優(yōu)勢，但它面臨著嚴重的副反應和臭名昭著的枝晶生長等嚴峻挑戰(zhàn)。

在此，山東大學楊劍教授&汪冬冬等人探索了α-磷酸鋯(ZrP)超薄納米片作為電解液添加劑。納米片不僅在Zn電池中形成動態(tài)且可逆的界面，而且還促進電解質(zhì)中Zn²⁺的傳輸，特別是在ZrP附近的外亥姆霍茲平面上。

受益于增強的動力學和動態(tài)界面，在以鋅粉為負極、有限N/P比、高質(zhì)量負載和寬溫度等惡劣條件下，使用該電解質(zhì)的Zn||LiMn₂O₄軟包電池表現(xiàn)出顯著改善的電化學性能。

圖1. 超薄納米片(ZrP)的結(jié)構(gòu)表征及BE-ZrP的物理性質(zhì)

具體而言，本工作在室溫下通過簡單的胺輔助插層法制備了ZrP超薄納米片，并將其加入堿性電解質(zhì)中形成溶膠電解質(zhì)。電解液中的ZrP由于提高了外亥姆霍茲平面的電荷遷移率，大大提高了Zn²⁺的電荷轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)移數(shù)。同時，電解液中的ZrP在循環(huán)過程中可以在Zn/電解質(zhì)界面動態(tài)吸附/解吸。動態(tài)界面相不僅減少了ZrP的損耗，而且抑制了副反應，促進了Zn²⁺的均勻沉積。

因此，制得的溶膠電解質(zhì)表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。以BE-ZrP為電解液的Zn||LMO軟包電池在有限N/P為3、高負極質(zhì)量(10-20 mg cm^-2)和寬溫度(-20℃~50℃)等惡劣條件下均表現(xiàn)出強的循環(huán)穩(wěn)定性。并且，通過對鋅鹽、鋅負極和正極材料的優(yōu)化，可以進一步提高其性能。

圖2. 基于BE-ZrP溶膠電解質(zhì)的電化學性能

Dynamic Zn/Electrolyte Interphase and Enhanced Cation Transfer of Sol Electrolyte for All-Climate Aqueous Zinc Metal Batteries, Angewandte Chemie International Edition 2023 DOI: 10.1002/anie.202308068

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