AFM: 分子拥挤剂改性聚阴离子凝胶电解质，用于100 ℃运行的锌离子电池

锌离子水系电池（AZIBs）因其安全性和高比容量而备受关注。然而，由于锌阳极腐蚀、枝晶生长以及水基电解质中强氢键网络导致的高温适应性差等原因，它们的实际应用受到了限制。在这项研究中，通过原位聚合，开发出了一种能耐高温（100 °C）的双网络聚阴离子凝胶电解质（记为PAM-PAMPS-10PD）。凝胶电解质中丰富的阴离子基团极大地改善了Zn2+的传输，并诱导Zn2+ 均匀沉积。然后加入高沸点分子排挤剂1,5-戊二醇（PD），通过增强与H2O的氢键作用和改变Zn2+的溶剂化结构来抑制水的活性，从而抑制Zn阳极腐蚀。因此，使用PAM-PAMPS-10PD凝胶电解质的对称电池可在100 °C 和0.5 mA cm-2/0.5 mAh cm-2 条件下稳定循环至少500 小时，实现了锌阳极在高温下的无枝晶化。此外，在100 °C和4 mA cm-2 条件下循环3000 次后，Zn-AC全电池的容量保持率为47.8%。这项研究为高性能高温凝胶电解质的设计提供了有益的参考，并为AZIBs的实际应用奠定了坚实的基础。

图文简介

a )双网络聚阴离子PAM-PAMPS-10PD凝胶电解质的原理图设计；b ) DFT计算的结合能；c )静电势( ESP )绘图结果。

a )使用不同凝胶电解质的锌-锌电池在100 °C下的循环稳定性。b )使用PAM-PAMPS-10PD凝胶电解质的对称电池在不同温度下的电镀/剥离曲线。c )使用PAM-PAMPS-10PD凝胶电解质的锌-锌电池在100 °C下不同电流密度下的循环稳定性。d ) PAM-PAMPS-10PD凝胶电解质的操作温度、最大电流密度和过电压与先前基于凝胶电解质的文献报道进行比较。e )使用不同凝胶电解质的锌-铜非对称电池在100 °C和0.5 mA cm-2电流密度下的CE图。f，g )在凝胶电解质中100 °C下循环25 次后锌负极表面的SEM图像。h )使用PAM-PAMPS-10PD凝胶电解质的锌负极在100 °C下的XRD图。

a )不含ZnSO4的电解质的1H NMR谱图。b ) DFT计算的PD与H2O分子的结合能。c ) Zn2+ -H2O和Zn2+- PD的结合能。d ) PAM - PAMPS - 10PD凝胶电解质在不同温度下的FTIR谱图。e )不同电解质在100 °C下的LSV曲线。f )不同电解质在-150 mV过电位下的计时电流( CA )测试。g )含有PAM-PAMPS和PAM-PAMPS-10PD凝胶电解质的锌-锌电池的Tafel曲线。h )不同电流密度下由过电位计算的交换电流密度。i ) PAM-PAMPS和PAM-PAMPS-10PD凝胶电解质的活化能与阿伦尼乌斯曲线。

使用PAM-PAMPS-10PD凝胶电解质的Zn-MnO2/CNT全电池的电化学性能

论文信息

通讯作者：Xianhua Hou