支春义教授《EES》：高低温存储寿命高达90天的全固态锌离子电池！
时间:2021-05-11 10:53来源:高分子科学前沿 作者:综合报道
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锌离子电池（ZIBs），通常与水系电解质结合，由于其本质安全性和具有竞争力的成本，被认为是有前景的下一代储能装置。目前对ZIB的研究主要集中在开发更大容量的正极和优化锌负极的循环性能方面。然而，就ZIB的实际应用而言，长期以来，人们忽视了电池的“保质期”（即储存电池而不会变得不适合使用的时间）。不幸的是，由于水对温度的高度敏感性以及锌金属与水系电解质之间不可避免的副反应（包括腐蚀、析氢反应（HER）和钝化），采用水系电解质的ZIB在储存时表现出迅速恶化的性能，从而降低了其实际应用的可能性。一些方法，如“盐包水”、水合物熔融电解质和水凝胶电解质，似乎对这类问题有一定的效果，但只能抑制却不能完全消除HER和Zn的枝晶生长。因此，迫切需要开发替代的电解质系统，以大大延长ZIB的保质期，并保持接近水系电解质的显著电化学性能，以促进ZIB的实际应用。受全固态锂电池研究的启发，考虑到它们的高化学稳定性，全固态ZIB可能是解决这些问题极有前途的策略。
鉴于此，香港城市大学支春义教授团队首次使用基于聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物的固态聚合物电解质（SPE）来解决这些问题，该电解质由聚丙烯酸甲酯接枝的MXenes（表示为PVHF/ MXene-g-PMA）填充而成。这项工作代表了全固态ZIB的一个重大进展，它具有优异的稳定性和可靠性，表现在有效抑制枝晶生长和副反应、优异的循环性能和显著的保质期。
文章亮点：
1、通过化学接枝，首次实现了聚丙烯酸甲酯（MXene-g-PMA）接枝的MXene表面，其中MXene在PVHF中分散良好，PVHF和PMA之间具有丰富的F–H氢键。
2、所得的SPE的离子电导率比PVHF基体大三个数量级，在室温下达到2.69×10 -4 S cm -1。
3、实现了高可逆性的无枝晶锌沉积/剥离（室温循环1000h以上，高温循环200h以上）。固态ZIB全电池在2C和室温下表现出10000次循环的优异循环性能，并且可以在-35至100°C的温度下正常工作。
4、最重要的是，在低温/高温下，全固态ZIB的保质期超过90天。
图1 制备及表征
图2 PVHF/MXene-g-PMA 膜的表征
图3固态ZIB全电池的电化学性能
图4 固态ZIB全电池的高低温和储存性能
原文链接：
https://doi.org/10.1039/D1EE00409C
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