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水系准固态锌离子电池研究取得进展
2025年06月25日 10:50:56
来源：化工仪器网 点击量：4256
近期，中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所研究员胡林华团队在水系锌离子电池凝胶电解质研究方面取得新进展。研究人员采用了亲锌增溶策略，成功突破了传统醋酸锌水凝胶的浓度限制。
近期，中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所研究员胡林华团队在水系锌离子电池凝胶电解质研究方面取得新进展。科研人员利用尿素作为亲锌增溶剂，开发出具有高机械耐久性的醋酸锌凝胶电解质，组装成的软包电池具有高比容量和高韧性。相关成果发表在国际期刊《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition)上。
水系锌离子电池是一种新型的二次电池，使用锌作为负极材料，水或含水电解液作为电解质，具有高能量密度、安全性高和环保等优点。然而，该款电池因电解液泄漏和腐蚀问题导致实际应用受限，准固态电解质因其流变稳定性和高柔韧性被视为解决方案。
理想的锌盐应具备低成本、环保和高水溶性，醋酸锌虽然符合成本和生态需求，但溶解性差，导致参与电化学反应的锌离子不足，进而限制电池容量与倍率性能。因此，提高醋酸锌溶解度并将其应用于准固态电解质，是解决电池机械耐久性和容量不足的关键。
针对上述难题，研究人员采用了亲锌增溶策略，成功突破了传统醋酸锌水凝胶的浓度限制。研究发现，由于“盐析”效应，高浓度的Ac⁻促使聚合物链上的水合壳层脱落，增强了链段之间的纠缠，从而使得拉伸率提高至557%，压缩强度达到3.7 MPa。这一特性显著增强了水凝胶的抗疲劳性能，使其能够抵抗重复的锌沉积/剥离过程以及外部物理刺激。
此外，在电池运行过程中，会原位形成聚脲固体电介质界面(SEI)层，增强了电极/电解质界面的热力学稳定性。组装的Zn//Cu电池展现出高达99.93%的库仑效率，Zn//NH4V4O10软包电池在500 mA g⁻¹的电流密度下展现出280.7 mAh g⁻¹的高比容量，并且在200个循环后容量保持率为90.13%。软包电池的灵活性使其即使在弯曲和折叠过程中也能保持稳定的电压。未来，随着技术不断优化升级，该款电池有望在便携式、可穿戴电子设备领域表现巨大的应用潜力。
素材来源：中国科学院合肥物质科学研究院
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