贵州大学黄俊Angew：动态保护策略助力超长寿命水系锌电池

顶刊收割机 · 公众号 · · 2024-12-21 08:18

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可充电水系锌电池（AZBs）作为新兴电池化学的主力军，是冲击成为下一代大规模储能中被视为最大竞争者。然而，AZBs的发展受到诸多限制，主要是面临着不可控枝晶生长、自发的析氢反应、不可避免的腐蚀、有害的副反应和不可控的锌负极粉化的挑战。

在此， 贵州大学黄俊， 南昌大学陈义旺等人 利用甲壳素纳米晶体（ChNCs）的物理和化学协同效应，将其作为优异的胶体电解质实现超长寿命的水系锌电池。研究显示，该策略不仅能够持续优化改善电池内的电解质主体环境和界面，还可以实现对内外机械损伤的自修复，从而实现全面、持久和动态的保护。

基于此，采用该胶体电解质的锌电池在5~100 mA cm ^-2 的电流密度范围内表现出97.71%~99.81%的高库仑效率，并实现了高达8200小时（超过11个月）的超长循环寿命。此外，基于Zn//MnO₂全电池在5 A g ^-1 的电流密度下，经过3000次循环后仍能保持70.1%的容量。

图1. ChNCs和ChNCs/ZnSO₄胶体电解质的表征

总之，该工作提出了一种界面化学的动态保护策略且实现了超长循环寿命的锌离子电池。研究显示，ChNCs具有协调的物理和化学相互作用，从而实现持续、自修复和超稳定的水系锌离子电池。

此外，该种动态保护策略能提供持续的保护，赋予电池自我修复的能力，从而显著延长其使用寿命。其包括在5~100 mA cm⁻²的电流密度范围内具有97.71%~99.81%的高库仑效率（CE），在5~50 mA cm⁻²和5 mAh cm⁻²条件下表现出优异的倍率性能，并在1 mA cm⁻²和1 mAh cm⁻²条件下实现了超过8200小时的超长循环寿命，同时Zn//MnO₂全电池也表现出良好的稳定性。

因此，该工作为实现增强界面化学的动态保护策略提供了新视角并揭示了其具有推动先进水系锌电池（AZBs）发展的潜力。