【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】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，存在著嚴(yán)重的腐蝕和枝晶問題，極大地限制了鋅基電池的電化學(xué)性能和循環(huán)穩(wěn)定性能。
 

　　為有效改善鋅負極的穩(wěn)定性，中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所研究員劉宇帶領(lǐng)的科研團隊開展了一系列工作，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。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(0.2 mA cm-2穩(wěn)定循環(huán)800 h)且沒有明顯的枝晶形成。獨特的結(jié)構(gòu)設(shè)計使電池具備柔性和抵抗外力刺激的穩(wěn)定性。進一步地，基于明膠獨特的無機鹽增強效應(yīng)，在高濃度的電解液中處理后的明膠電解質(zhì)脫水，分子鏈之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的水系鋅基電池自支撐固態(tài)電解質(zhì)隔膜。對稱電池在高達5 mA cm-2電流密度下可以穩(wěn)定循環(huán)400 h。同時，優(yōu)異的機械性能也提高了電池的安全性，拓展了其在柔性電池領(lǐng)域的應(yīng)用。相關(guān)成果相繼發(fā)表于Journal of Materials Chemistry A(2018, DOI: 10.1039/c8ta08314b)和Journal of Materials Chemistry A(2019, DOI: 10.1039/c9ta07218g)，其中2019年發(fā)表的文章成果被選為期刊封面，相關(guān)工作作者為在讀博士生韓奇。
 

　　團隊還設(shè)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(FS)通過表面活性基團絡(luò)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。相關(guān)工作成果發(fā)表在電化學(xué)專業(yè)期刊Journal of The Electrochemical Society(2019, DOI: 10.1149/2.1031906jes)，作者為在讀博士生黃佳琪。
 

　　團隊進一步開發(fā)了與前述成果匹配的高活性正極材料，在10C的倍率條件下取得長達10000圈的循環(huán)穩(wěn)定性，相關(guān)工作已被Journal of Power Sources 期刊接收，作者為在讀博士生劉云召。
 

　　上述研究工作的通訊作者和指導(dǎo)教師為劉宇和副研究員遲曉偉。
 

　　相關(guān)研究工作獲得中科院及科技部相關(guān)項目支持。