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水系鋅電池因其高安全性和低成本而成為電網(wǎng)規(guī)模儲(chǔ)能的理想選擇。然而，大規(guī)格水系鋅電池的生產(chǎn)受到電解液消耗、析氫以及鋅枝晶生長(zhǎng)的阻礙。

在此，天津大學(xué)楊全紅&楊春鵬教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種 “開(kāi)放式 “軟包電池用于大規(guī)格水系鋅電池的生產(chǎn)，它可以釋放氫氣并允許在電池循環(huán)過(guò)程中重新填充消耗的電解液成分。具體而言，該電池使用含有交聯(lián)卡拉膠和殼聚糖的凝膠電解質(zhì)，它能粘合水分子并阻止其與鋅發(fā)生副反應(yīng)，從而防止電解質(zhì)泄漏和快速蒸發(fā)。

楊全紅/楊春鵬Nature子刊：水性凝膠電解質(zhì)生產(chǎn)釋氣電解質(zhì)補(bǔ)充Ah規(guī)模的鋅金屬軟包電池

圖1. CarraChi凝膠的制造和物理性質(zhì)

總之，該工作報(bào)道了一種面向?qū)嵱没笕萘克典\金屬電池的開(kāi)放式可再充電池構(gòu)型。該電池構(gòu)型采用卡拉膠和殼聚糖組成的水鍵合凝膠電解質(zhì)，可防止電解質(zhì)消耗和電池膨脹，實(shí)現(xiàn)Ah級(jí)容量的鋅電池大規(guī)模儲(chǔ)能。交聯(lián)的CarraChi凝膠含有豐富的極性官能團(tuán)（-OH、-NH₂、-SO₄^2-），可鍵合H₂O分子，從而抑制水的快速蒸發(fā)和HER。因此，開(kāi)放式可再充填鋅對(duì)稱電池具有更高的沉積/剝離能力、循環(huán)穩(wěn)定性和長(zhǎng)壽命。

在電流密度為10 mA cm^-2、面積容量為35 mAh cm^-2、DOD為65%的條件下，開(kāi)放式可重復(fù)填充軟包電池的壽命大于4000 h，累計(jì)容量為1286 Ah。采用CarraChi凝膠電解質(zhì)和可重復(fù)填充結(jié)構(gòu)的Zn | |ZVO多層軟包電池具有高容量（0.9 Ah）和良好的循環(huán)穩(wěn)定性，在200次循環(huán)后可保持84%的容量。因此，該電池結(jié)構(gòu)為建造實(shí)用大尺寸水系電池鋪平了道路，并將激發(fā)用于電網(wǎng)規(guī)模儲(chǔ)能的水系電池的新設(shè)計(jì)。

圖2. CarraChi凝膠電解質(zhì)在Zn||ZVO紐扣電池和軟包電池配置中的應(yīng)用（25 ℃）

Production of gas-releasing electrolyte-replenishing Ah-scale zinc metal pouch cells with aqueous gel electrolyte, Nature Communications 2023 DOI: 10.1038/s41467-023-39877-5

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