中科院上海硅酸鹽研究所研究員劉宇、副研究員遲曉偉團隊研究出一種具有高穩定性、柔性的自支撐明膠電解質隔膜。這種電解質具備獨特的熱可逆性和優異的無機鹽兼容性。該研究成果近日作為封面文章發表于《材料化學學報》。
金屬鋅資源豐富、比能量高，作為負極在鋅錳、鋅鎳、鋅銀和鋅空氣等電池中具有較為顯著的推廣優勢。但金屬鋅在傳統的水系電解液中，存在嚴重的腐蝕和枝晶問題，極大限制了鋅基電池的電化學性能和循環穩定性能。
為有效改善鋅負極的穩定性，研究人員通過構筑穩定的電極—電解質界面，鋅負極的腐蝕程度顯著降低，對稱電池循環穩定性得到提高且沒有明顯的枝晶形成。獨特的結構設計使電池具備柔性和抵抗外力刺激的穩定性。同時，基于明膠獨特的無機鹽增強效應，在高濃度電解液中處理后的明膠電解質脫水，分子鏈間形成強疏水相互作用，電解質的熱穩定性和機械性能明顯增強，獲得了目前所報道的機械性能最好的水系鋅基電池自支撐固態電解質隔膜。優異的機械性能也提高了電池安全性，拓展了其在柔性電池領域的應用。
研究人員還設計了一種新的固水型電解質體系，該體系中的氣相納米二氧化硅通過表面活性基團絡合水分子，抑制了水對鋅負極的腐蝕;并且作為無機填料，增強隔膜的耐枝晶刺穿能力。非離子型表面活性劑(FMEE)的添加降低了Zn2+沉積活化能，與二氧化硅協同作用顯著抑制Zn枝晶生長，同時提升庫倫效率。該成果發表于《電化學學會學報》。團隊進一步開發了與成果匹配的高活性正極材料，在10C的倍率條件下取得長達1萬圈的循環穩定性。
相關論文信息：https://doi.org/10.1039/c9ta07218g
https://doi.org/10.1149/2.1031906jes
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