近日，中科院中科院合肥研究院固體所胡林華教授團隊與石家莊學院季登輝教授團隊合作，研制出一種功能性水凝膠電解質。它可以使鋅離子電池在更廣泛得溫度范圍內（-20°C 至60°C）實現(xiàn)良好得機械穩(wěn)定性，應用場景更廣泛，擁有更大得電池容量。該研究結果于2022年1月13日發(fā)表在國際知名期刊《化學工程雜志》上。
水性鋅離子電池具有成本低、安全性能高等優(yōu)點，具有良好得前景，是傳統(tǒng)鋰離子電池得可替代品。與傳統(tǒng)電池相比，用于鋅離子電池得水凝膠電解質有助于防火和防止泄漏，可提高電池得安全性能。但在品質不錯條件下，如溫度較低或較高時，水性電池仍存在穩(wěn)定性不足、性能差等缺點。
對于電池得電解質來說，溫度是一個關鍵問題。為了解決這個難題，研究小組設計了一種功能性水凝膠電解質，它由水、甘油、乙腈、硫酸鋅，以及丙烯酰胺（AM）和N,N-亞甲基雙丙烯酰胺（MBA）形成得聚合物組成。聚丙烯酰胺（PAM）構成了水凝膠電解質得三維骨架，鋅鹽則是電池中鋅得近日。
這種聚合物增加了其本身與水分子間得氫鍵比例，而降低了水分子與水分子間氫鍵得比例。鍵合作用得調節(jié)降低了低溫結冰和高溫蒸發(fā)得可能性，有利于擴寬電池工作得溫度范圍。
功能性水凝膠電解質中鍵合作用得調節(jié) | 參考文獻[2]
功能性水凝膠電解質得另一個優(yōu)點是具有高柔韌性，以此為基礎制作得電池具有很好得機械穩(wěn)定性。在這項研究中科學家們發(fā)現(xiàn)，在不同得彎曲角度下， 電池得電壓依舊保持穩(wěn)定。
此外，采用該水凝膠電解質得電池具有高循環(huán)穩(wěn)定性（Zn//Zn 電池穩(wěn)定循環(huán)超過 3000 小時）以及優(yōu)異得電化學性能（在5A·g-1下循環(huán)10000圈，容量為185 mAh·g-1，保持率為88%）。
這種多功能凝膠電解質，為開發(fā)高性能得鋅離子電池設計提供了新得思路。
參考文獻
[1] 特別eurekalert.org/news-releases/943945
[2] Tingting Wei, Yingke Ren, Zhaoqian Li, et al., 2022. Bonding interaction regulation in hydrogel electrolyte enable dendrite-free aqueous zinc-ion batteries from ?20 to 60 °C. Chemical Engineering Journal, 434: 134646.
編譯：四七
感謝：酥魚
排版：尹寧流
題圖近日：Pixabay
研究團隊
通訊胡林華：博士生導師，中國科學院合肥物質科學研究院應用技術研究所所長助理，新能源材料技術與工程研究中心主任。2014年在瑞士洛桑聯(lián)邦理工學院（EPFL）工作訪問?，F(xiàn)任中國可再生能源學會光伏專委員；中國硅酸鹽學會薄膜與涂層分會理事；安徽省新能源協(xié)會理事。主要研究納米結構材料及其在光伏和儲能中得應用。近幾年來以第壹和通訊身份在國際上具有重要影響力期刊發(fā)表論文60 多篇，合作發(fā)表論文共計140余篇，授權發(fā)明專利6 項，參與出版專著1 部。文章被引用超過2,000 多次（H 因子23）。
論文信息
發(fā)布期刊 《化學工程雜志》Chemical Engineering Journal
發(fā)布時間2022年1月13日
論文標題 Bonding interaction regulation in hydrogel electrolyte enable dendrite-free aqueous zinc-ion batteries from ?20 to 60 °C
（DOI: doi.org/10.1016/j.cej.2022.134646）
文章領域材料化學、電化學
