南大李承輝/金鐘、南林羅艷龍 Adv. Mater.：超高模量聚乙烯醇水凝膠電解質(zhì)實(shí)現(xiàn)無(wú)枝晶鋅離子電池

2024-11-16 來(lái)源：高分子科技

關(guān)鍵詞：超高模量聚乙烯醇水凝膠電解質(zhì) 無(wú)枝晶鋅離子電池

在鋰離子電池領(lǐng)域，高模量電解質(zhì)對(duì)鋰枝晶的抑制作用已被證明是有效的。然而，水系鋅離子電池中使用的水凝膠電解質(zhì)因其固有的高含水量而難以實(shí)現(xiàn)高模量。

圖1 超強(qiáng)韌水凝膠的設(shè)計(jì)與合成

近日，南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院李承輝教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合金鐘教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種超高模量水凝膠電解質(zhì)，該水凝膠電解質(zhì)能通過(guò)機(jī)械抑制效應(yīng)克服鋅枝晶的生長(zhǎng)應(yīng)力。通過(guò)結(jié)合濕法退火、溶劑置換和鹽析三種工藝方法以及調(diào)節(jié)疏水域和結(jié)晶域，獲得了具有高含水量（~ 70%）、高模量（198.5 MPa）、高韌性（274.3 MJ/m³）和高離子電導(dǎo)率（28.9 mS/cm）的水凝膠電解質(zhì)，其性能明顯優(yōu)于先前報(bào)道的聚乙烯醇（PVA）基水凝膠。氰基配體構(gòu)建的鋅離子快速遷移通道顯著改善了電解質(zhì)的電化學(xué)性能。該策略利用相分離策略避免了離子電導(dǎo)率和機(jī)械強(qiáng)度之間的矛盾，突破了以往水凝膠電解質(zhì)設(shè)計(jì)策略的局限性。相關(guān)工作以“An Ultrahigh-Modulus Hydrogel Electrolyte for Dendrite-Free Zinc Ion Batteries”為題發(fā)表在最新一期的《Advanced 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。

圖2 相分離對(duì)材料結(jié)構(gòu)與性能的影響

圖3 鹽析對(duì)力學(xué)性能的影響

圖4 水凝膠電解質(zhì)的半電池性能

圖5 鋅沉積形貌

圖6 全電池性能

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202413268

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