南通大学钱涛AM：胶体聚合物电解质助力锌金属电池5000次循环！

水系电解质的流动性和不希望的析氢反应（HER）会导致水系锌金属电池（ZMBs）在高容量和电流密度的深循环中出现严重的界面湍流，这将进一步扰乱离子通量并加剧锌枝晶的生长。

南通大学钱涛等通过一种有趣的原位凝胶形成方法，设计了一种胶体聚合物电解质（CPE），以减少界面湍流并促进深锌电化学。

图1 液体BE中的界面湍流和CPE减少的界面湍流

CPE中固定的含有大量硅羟基的胶体粒子可以有效地与Zn²⁺配位，并提供均匀的Zn²⁺传输通道；此外，由于CPE中H₂O活性的变化，特殊的胶体性质和对HER的合理抑制有助于有效减少界面干扰，从而稳定Zn²⁺传输路径。统一的Zn²⁺传输路径的构建和稳定有助于均匀的Zn²⁺离子通量分布，可使离子可以均匀地沉积在电极上，这进一步通过有限元模拟(FES)和原位拉曼测量得到验证。

图2 Zn²⁺环境的演变

凭借这些优点，锌负极可以在高面积容量（高达20 mAh cm^-2）和电流密度（高达100 mA cm^-2）下维持长寿命的无枝晶和可逆电化学锌沉积/剥离， Zn//Na₅V₁₂O₃₂(NVO)全电池也表现出优越的循环稳定性，在5 A g^-1的高倍率下超过5000次循环后容量损失可忽略不计。

此外，在Zn//NVO全电池中可以实现低至1的N/P比（即100%的Zn利用率）。这一策略开辟了一条基于CPE的全新途径，以促进ZMBs甚至其他水系储能应用的深循环电化学。

图3 电化学性能

Diminishing Interfacial Turbulence by Colloid-Polymer Electrolyte to Stabilize Zinc Ion Flux for Deep-Cycling Zn Metal Batteries. Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202200131

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