支春義教授《EES》:高低溫存儲壽命高達90天的全固態(tài)鋅離子電池!

時間:2021-05-11 10:53來源:高分子科學(xué)前沿   作者:綜合報道
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  鋅離子電池(ZIBs),通常與水系電解質(zhì)結(jié)合,由于其本質(zhì)安全性和具有競爭力的成本,被認為是有前景的下一代儲能裝置。目前對ZIB的研究主要集中在開發(fā)更大容量的正極和優(yōu)化鋅負極的循環(huán)性能方面。然而,就ZIB的實際應(yīng)用而言,長期以來,人們忽視了電池的“保質(zhì)期”(即儲存電池而不會變得不適合使用的時間)。不幸的是,由于水對溫度的高度敏感性以及鋅金屬與水系電解質(zhì)之間不可避免的副反應(yīng)(包括腐蝕、析氫反應(yīng)(HER)和鈍化),采用水系電解質(zhì)的ZIB在儲存時表現(xiàn)出迅速惡化的性能,從而降低了其實際應(yīng)用的可能性。一些方法,如“鹽包水”、水合物熔融電解質(zhì)和水凝膠電解質(zhì),似乎對這類問題有一定的效果,但只能抑制卻不能完全消除HER和Zn的枝晶生長。因此,迫切需要開發(fā)替代的電解質(zhì)系統(tǒng),以大大延長ZIB的保質(zhì)期,并保持接近水系電解質(zhì)的顯著電化學(xué)性能,以促進ZIB的實際應(yīng)用。受全固態(tài)鋰電池研究的啟發(fā),考慮到它們的高化學(xué)穩(wěn)定性,全固態(tài)ZIB可能是解決這些問題極有前途的策略。
 
  鑒于此,香港城市大學(xué)支春義教授團隊首次使用基于聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物的固態(tài)聚合物電解質(zhì)(SPE)來解決這些問題,該電解質(zhì)由聚丙烯酸甲酯接枝的MXenes(表示為PVHF/ MXene-g-PMA)填充而成。這項工作代表了全固態(tài)ZIB的一個重大進展,它具有優(yōu)異的穩(wěn)定性和可靠性,表現(xiàn)在有效抑制枝晶生長和副反應(yīng)、優(yōu)異的循環(huán)性能和顯著的保質(zhì)期。
  文章亮點:
 
  1、通過化學(xué)接枝,首次實現(xiàn)了聚丙烯酸甲酯(MXene-g-PMA)接枝的MXene表面,其中MXene在PVHF中分散良好,PVHF和PMA之間具有豐富的F–H氫鍵。
 
  2、所得的SPE的離子電導(dǎo)率比PVHF基體大三個數(shù)量級,在室溫下達到2.69×10 -4 S cm -1。
 
  3、實現(xiàn)了高可逆性的無枝晶鋅沉積/剝離(室溫循環(huán)1000h以上,高溫循環(huán)200h以上)。固態(tài)ZIB全電池在2C和室溫下表現(xiàn)出10000次循環(huán)的優(yōu)異循環(huán)性能,并且可以在-35至100°C的溫度下正常工作。
 
  4、最重要的是,在低溫/高溫下,全固態(tài)ZIB的保質(zhì)期超過90天。
  圖1 制備及表征
  圖2 PVHF/MXene-g-PMA 膜的表征
  圖3固態(tài)ZIB全電池的電化學(xué)性能
  圖4 固態(tài)ZIB全電池的高低溫和儲存性能
 
  原文鏈接:
 
  https://doi.org/10.1039/D1EE00409C
 
(責(zé)任編輯:子蕊)
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