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南京大學(xué)李承輝教授/金鐘教授團(tuán)隊(duì) AFM：高性能水凝膠電解質(zhì)助力柔性、抗凍、無枝晶鋅離子電池
2024-03-01  來源：高分子科技

  目前針對柔性水系鋅離子儲能體系的水凝膠電解質(zhì)研究主要集中在以下三個方面：1）優(yōu)化水凝膠電解質(zhì)的基本特性，如機(jī)械強(qiáng)度和離子導(dǎo)電性，以提高其在柔性電化學(xué)系統(tǒng)中的適用性；2）使用水凝膠電解質(zhì)穩(wěn)定鋅負(fù)極和正極，以提高可逆性；3）設(shè)計功能性水凝膠電解質(zhì)，賦予柔性水系鋅離子儲能體系在特殊環(huán)境（如寒冷）中的多功能性。因此，有必要將它們結(jié)合起來，設(shè)計出一種功能全面的水凝膠電解質(zhì)。



  近日，南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院李承輝、金鐘教授團(tuán)隊(duì)，通過鋅離子與變齒配體之間快速、可逆的分子內(nèi)/分子間配體交換可以耗散能量的策略構(gòu)建了一種高性能水凝膠電解質(zhì)。獲得的水凝膠具有優(yōu)異的機(jī)械性能、抗疲勞性、高離子電導(dǎo)率（38.2 mS cm-1）、良好的粘附性（19.1 kPa）和超低的凝固點(diǎn)（-97 °C）。由于變齒配體有助于改善鋅離子溶劑化結(jié)構(gòu)，并構(gòu)建遷移通道引導(dǎo)鋅的均勻沉積，Zn||Zn對稱電池表現(xiàn)出穩(wěn)定的電鍍/剝離行為和長循環(huán)穩(wěn)定性。Zn||V2O5全電池的容量高達(dá)230.6 mAh g-1，1000次循環(huán)后的容量保持率為75.2%。此外，柔性水系鋅離子電池即使在低溫（-40 °C）和大彎曲角度（180°）等極端條件下也能穩(wěn)定運(yùn)行。這種抗機(jī)械損傷的水凝膠還可用于柔性應(yīng)變傳感器。這項(xiàng)研究為開發(fā)抗機(jī)械變形、無枝晶、抗凍的水系鋅離子電池提供了一種簡便的策略。


圖1 水凝膠電解質(zhì)的設(shè)計與表征


圖2 水凝膠電解質(zhì)的機(jī)械性能和離子電導(dǎo)率


圖3 水凝膠電解質(zhì)的自粘性和抗凍性


圖4 水凝膠電解質(zhì)的動力學(xué)性能


圖5 全電池的組裝和性能


圖6 應(yīng)變傳感器的性能


  相關(guān)工作以“Tough, Anti-Fatigue, Self-Adhesive, and Anti-Freezing Hydrogel Electrolytes for Dendrite-Free Flexible Zinc Ion Batteries and Strain Sensors”為題發(fā)表在最新一期的《Advanced Functional Materials》。南京大學(xué)博士研究生陳宗舉、沈天宇為論文共同第一作者，共同通訊作者為南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院李承輝教授、南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院金鐘教授和南京林業(yè)大學(xué)理學(xué)院羅艷龍副教授。


  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202314864

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