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中科院上海硅酸鹽所研發(fā)鋅基電池最優(yōu)電解質隔膜

   2019-10-24 中國科學報

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核心提示: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(wěn)定性、柔性的自支撐明膠電解質隔膜。這種電解質具備獨

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(wěn)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(yōu)異的無機鹽兼容性。該研究成果近日作為封面文章發(fā)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(yōu)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(huán)穩(wěn)定性能。

為有效改善鋅負極的穩(wěn)定性,研究人員通過構筑穩(wěn)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(huán)穩(wěn)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(wěn)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(wěn)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(tài)電解質隔膜。優(yōu)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(fā)表于《電化學學會學報》。團隊進一步開發(fā)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(huán)穩(wěn)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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