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(zhì)隔膜。這種電解質(zhì)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(tǒng)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(gòu)筑穩(wěn)定的電極—電解質(zhì)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(jié)構(gòu)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(zhì)脫水，分子鏈間形成強疏水相互作用，電解質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(xié)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(guān)論文信息：https://doi.org/10.1039/c9ta07218g

https://doi.org/10.1149/2.1031906jes