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?悉尼科技大學裴增夏Matter：熔融水凝膠電解質(zhì)助力鋅金屬固態(tài)電池18500次循環(huán)！

水系鋅金屬電池（ZMB）作為新興柔性電子器件的電源具有廣闊的前景。熔融水合物電解質(zhì)一直被視為解決水系鋅金屬電池所面臨的最關(guān)鍵問題（如電化學窗口狹窄和電極穩(wěn)定性差）的一種有前景的解決方案。雖然溶質(zhì)成分在液態(tài)對應物中很容易調(diào)整，但柔性的熔融水合物電解質(zhì)在將鹽與聚合物宿主結(jié)合時會遇到獨特的挑戰(zhàn)。

圖1 熔融水合物水凝膠電解質(zhì)的制備示意圖

澳大利亞悉尼科技大學裴增夏等首次報道了一種耐鹽訓練策略，通過加入雙網(wǎng)（DN）水凝膠和30 m ZnCl₂電解質(zhì)實現(xiàn)柔性熔融水合物水凝膠電解質(zhì)。該訓練策略僅通過誘導水分子和離子遷移實現(xiàn)，無需額外的添加劑或化學改性。結(jié)構(gòu)和光譜研究以及分子尺度建模顯示，柔性熔融水合高分子聚合物的基質(zhì)中沒有自由水分子。

此外，柔性熔融水合物水凝膠電解質(zhì)具有理想的機械和電化學特性，符合柔性電源中電解質(zhì)的要求。它還能以無枝晶和無鈍化的方式實現(xiàn)可逆的鋅剝離/沉積，并能穩(wěn)定釩基正極，防止金屬溶解。

圖2 熔融水合物水凝膠電解質(zhì)的電化學性質(zhì)及其對鋅負極穩(wěn)定性和可逆性的影響

利用這種有趣的水凝膠，Zn||CaVO固態(tài)電池在循環(huán)18500次后保持了91.6%的容量，并實現(xiàn)了10.3 Ah cm^-2的累積面積容量。相應的軟包電池在1.07的低N/P比和28.6%的最大鋅負極放電深度條件下，實際面積容量超過2 mAh cm^-2。

此外，熔融水合物水凝膠使鋅離子混合電容器（ZIHC）的電池級比能量達到302.1 Wh kg^-1（基于活性正極材料）。這項工作的成果有望為開發(fā)基于Zn²⁺和其他多價陽離子的高能量密度、穩(wěn)定性和安全性的柔性電源帶來啟發(fā)。

圖3 CaVO的表征及固態(tài)全電池的電化學性能

Salt-tolerance training enabled flexible molten hydrate gel electrolytes for energy-dense and stable zinc storage. Matter 2023. DOI: 10.1016/j.matt.2023.08.019

原創(chuàng)文章，作者：科研小搬磚，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2023/10/07/14470d181e/

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