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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)實現(xiàn)無枝晶鋅離子電池
2024-11-16  來源:高分子科技

  在鋰離子電池領(lǐng)域,高模量電解質(zhì)對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現(xiàn)高模量。


圖1 超強韌水凝膠的設(shè)計與合成


  近日,南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院李承輝教授團隊聯(lián)合金鐘教授團隊報道了一種超高模量水凝膠電解質(zhì),該水凝膠電解質(zhì)能通過機械抑制效應(yīng)克服鋅枝晶的生長應(yīng)力。通過結(jié)合濕法退火、溶劑置換鹽析三種工藝方法以及調(diào)節(jié)疏水域結(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)率和機械強度之間的矛盾,突破了以往水凝膠電解質(zhì)設(shè)計策略的局限性。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 相分離對材料結(jié)構(gòu)與性能的影響


 圖3 鹽析對力學(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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