支春义教授，最新Nature子刊！

阻碍锌金属电池应用的主要障碍之一是来自锌金属负极和正极的矛盾需求。在负极方面，水会诱发严重的腐蚀和枝晶的生长，明显地抑制了锌沉积/剥离的可逆性。在正极一侧，水是必不可少的，因为许多正极材料需要H⁺和Zn²⁺的插入/提取来实现高容量和长寿命。

图1. Zn/MnO₂和Zn/V₂O₅全电池的评估

支春义团队等首次设计了一种非对称电解质，不仅解决了锌的不稳定性和枝晶生长的问题，而且还保持了水系锌电池的电化学性能不受影响。

该非对称电解质由两个功能化层组成，其中，在锌金属一侧，高Zn²⁺导电的无机固态电解质被设计用来实现无枝晶和无氢的Zn沉积/溶解。在正极一侧，含水聚丙烯酰胺（PAM）水凝胶电解质以满足额外的H⁺插入/提取并促进Zn²⁺插入/提取。

图2. 非对称电解质的制备和表征

因此，在高达10 mAh-cm^-2（Zn//Zn）、~5.5 mAh-cm^-2（Zn//MnO2）和~7.2 mAh-cm^-2（Zn//V2O5）的超高容量电池中，没有检测到氢和枝晶的生长。

这些Zn//MnO₂和Zn//V₂O₅电池表现出显著的循环稳定性，循环1000次和400次后相对于初始容量的保留率分别为92.4%和 90.5%。这项工作将为构建双功能电解质提供一个智能解决方案，以同时满足锌电池负极和正极的矛盾要求。

图3. Zn//MnO₂全电池的电化学性能

An asymmetric electrolyte to simultaneously meet contradictory requirements of anode and cathode. Nature Communications 2023. DOI: 10.1038/s41467-023-38492-8

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