AEM:低成本准固态膨胀粘土包水电解质实现5000次循环水系锌离子电池

AEM:低成本准固态膨胀粘土包水电解质实现5000次循环水系锌离子电池
水诱导的寄生反应会导致锌金属负极的可逆性较差,这对水系锌离子电池(AZIBs)的实际应用构成了重大挑战。
AEM:低成本准固态膨胀粘土包水电解质实现5000次循环水系锌离子电池
图1 电解质设计
德克萨斯大学达拉斯分校Guoping Xiong、Kyeongjae Cho、圣母大学Tengfei Luo等设计了一种含有硫酸锌和膨胀粘土(BT)的新型准固态”膨胀粘土包水”(water-in-swelling-clay)电解质(WiSCE),以实现高度可逆的锌金属负极。研究显示,基于WiSCE的AZIB全电池在各种电流密度下都表现出优异的循环稳定性、较长的保质期、较低的自放电速率和优异的高温适应性。
特别是,基于WiSCE的AZIB全电池在0.1A g-1的条件下循环200次后容量保持90.47%,在1A g-1的条件下循环2000次后容量保持96.64%,在3A g-1的条件下循环5000次后容量保持88.29%。
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图2 半电池性能
详细的密度泛函理论计算表明,在WiSCE中BT和水分子之间形成了强烈的氢键。因此,水分子被BT强烈限制,特别是在夹层内,这大大抑制了水引起的寄生反应,大大改善了循环稳定性。
因此,与最先进的”盐包水”电解质相比,WiSCE可以在全电池水平上提供明显更高的容量,而成本却大大降低,这对设计下一代高性能AZIB很有希望。总铁有人,这项工作为开发具有成本竞争力的AZIBs作为电网规模储能的替代品提供了一个新的方向。
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图3 Zn||NVO全电池性能
A Low-Cost Quasi-Solid-State “Water-in-Swelling-Clay” Electrolyte Enabling Ultrastable Aqueous Zinc-Ion Batteries. Advanced Energy Materials 2023. DOI: 10.1002/aenm.202300782

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