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使电池变“柔软”?功能性水凝胶电解质有助于开发新型锌离子电池

发布日期:2022-05-17 19:46    点击次数:78

  

近日,中科院中科院合肥研究院固体所胡林华教授团队与石家庄学院季登辉教授团队合作,研制出一种功能性水凝胶电解质。它可以使锌离子电池在更广泛的温度范围内(-20 ° C 至 60 ° C)实现良好的机械稳定性,应用场景更广泛,拥有更大的电池容量。该研究结果于 2022 年 1 月 13 日发表在国际知名期刊《化学工程杂志》上。

水性锌离子电池具有成本低、安全性能高等优点,具有良好的前景,是传统锂离子电池的可替代品。与传统电池相比,用于锌离子电池的水凝胶电解质有助于防火和防止泄漏,可提高电池的安全性能。但在极端条件下,如温度较低或较高时,水性电池仍存在稳定性不足、性能差等缺点。

对于电池的电解质来说,温度是一个关键问题。为了解决这个难题,研究小组设计了一种功能性水凝胶电解质,它由水、甘油、乙腈、硫酸锌,以及丙烯酰胺(AM)和 N,N- 亚甲基双丙烯酰胺(MBA)形成的聚合物组成。聚丙烯酰胺(PAM)构成了水凝胶电解质的三维骨架,锌盐则是电池中锌的来源。

这种聚合物增加了其本身与水分子间的氢键比例,而降低了水分子与水分子间氢键的比例。键合作用的调节降低了低温结冰和高温蒸发的可能性,有利于扩宽电池工作的温度范围。

功能性水凝胶电解质中键合作用的调节 | 参考文献 [ 2 ]

功能性水凝胶电解质的另一个优点是具有高柔韧性,以此为基础制作的电池具有很好的机械稳定性。在这项研究中科学家们发现,在不同的弯曲角度下, 电池的电压依旧保持稳定。

此外,采用该水凝胶电解质的电池具有高循环稳定性(Zn//Zn 电池稳定循环超过 3000 小时)以及优异的电化学性能(在 5A · g-1 下循环 10000 圈,容量为 185 mAh · g-1,保持率为 88%)。

这种多功能凝胶电解质,为开发高性能的锌离子电池设计提供了新的思路。

参考文献

[ 1 ] https://www.eurekalert.org/news-releases/943945

[ 2 ]   Tingting Wei, Yingke Ren, Zhaoqian Li, et al., 2022. Bonding interaction regulation in hydrogel electrolyte enable dendrite-free aqueous zinc-ion batteries from − 20 to 60 ° C. Chemical Engineering Journal, 434: 134646.

编译:四七

编辑:酥鱼

排版:尹宁流

题图来源:Pixabay

研究团队

通讯作者 胡林华:博士生导师,中国科学院合肥物质科学研究院应用技术研究所所长助理,新能源材料技术与工程研究中心主任。2014 年在瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)工作访问。现任中国可再生能源学会光伏专委员会委员;中国硅酸盐学会薄膜与涂层分会理事;安徽省新能源协会理事。主要研究纳米结构材料及其在光伏和储能中的应用。近几年来以第一作者和通讯作者身份在国际上具有重要影响力期刊发表论文 60 多篇,合作发表论文共计 140 余篇,授权发明专利 6 项,参与出版专著 1 部。文章被引用超过 2,000 多次(H 因子 23)。

论文信息

发布期刊  《化学工程杂志》Chemical Engineering Journal

发布时间 2022 年 1 月 13 日

论文标题  Bonding interaction regulation in hydrogel electrolyte enable dendrite-free aqueous zinc-ion batteries from − 20 to 60 ° C

(DOI: doi.org/10.1016/j.cej.2022.134646)

文章领域 材料化学、电化学

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