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Angew：東華武培怡/焦玉聰團隊在水系鋅離子電池領(lǐng)域取得新進展

來源：東華大學(xué) 2022-11-11

導(dǎo)讀：近日，東華大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院武培怡教授、焦玉聰研究員團隊在柔性水系鋅離子電池領(lǐng)域取得新進展，相關(guān)成果以“Proton-Reservoir Hydrogel Electrolyte for Long-Term Cycling Zn/PANI Batteries in Wide Temperature Range”（水凝膠質(zhì)子庫助力寬溫域范圍內(nèi)的高性能水系鋅離子電池）為題，發(fā)表在Angewandte Chemie International Edition（德國應(yīng)用化學(xué)）上，東華大學(xué)為唯一署名單位，論文第一作者為東華大學(xué)2020級博士生馮豆豆，通訊作者為武培怡教授和焦玉聰研究員。

水系鋅離子電池因其在安全、成本和環(huán)保方面顯著的優(yōu)勢，成為一種極具發(fā)展前景的儲能設(shè)備。正極材料作為決定電池電化學(xué)性能的關(guān)鍵一環(huán)，近年來引起了廣泛的關(guān)注。具有長π-電子共軛結(jié)構(gòu)和豐富活性位點的聚苯胺（PANI）具有高的導(dǎo)電性和離子遷移率，其作為正極材料在水系鋅離子電池中展現(xiàn)出良好的儲能能力。然而，PANI在電化學(xué)過程中存在明顯的去質(zhì)子化問題，這嚴重影響了其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和氧化還原動力學(xué)，導(dǎo)致有限的電化學(xué)性能。另外，鋅金屬負極一側(cè)鋅枝晶和副反應(yīng)及水系電解質(zhì)在低溫下凍結(jié)的問題，也進一步限制了電池的實際應(yīng)用前景。因此，探索一種簡單的策略，協(xié)同增強鋅離子電池在寬溫度范圍的電化學(xué)性能具有重要意義。

基于此，武培怡/焦玉聰研究團隊提出了聚合物酸凝膠電解質(zhì)策略用于增強Zn/PANI電池在寬溫度范圍內(nèi)的電化學(xué)性能。聚合物酸上的豐富磺酸基團不僅可以作為質(zhì)子庫在電化學(xué)過程中緩慢電離抑制PANI質(zhì)子化，還可以誘導(dǎo)Zn2+沿002晶面無枝晶沉積，同時增強PANI正極和Zn負極的穩(wěn)定性。另外，3M Zn(ClO4)2作為電解質(zhì)鹽增強了電池的抗凍性能。該工作所開發(fā)的聚合物酸的凝膠電解質(zhì)為探索高性能的水系鋅離子電池系統(tǒng)提供了一種新的思路。

圖1 質(zhì)子庫水凝膠增強電池性能機制示意圖

圖2 相應(yīng)Zn/PANI電池在低溫下優(yōu)異的性能

武培怡/焦玉聰團隊今年在電池領(lǐng)域已經(jīng)開展了一些其它相關(guān)工作包括：Hofmeister效應(yīng)調(diào)控氫鍵改善電化學(xué)性能（Adv. Mater. 2022, 34, 2110140）；帶電功能官能團調(diào)控Zn2+ 002晶面沉積抑制枝晶及副反應(yīng)（Adv. Sci. 2022, 9, 2104832）；兩性離子粘接劑調(diào)控多硫離子吸附（ACS Nano, 2022, 16, 8449）; DMSO添加劑調(diào)控水氫鍵及溶劑化結(jié)構(gòu)（Small 2021, 17, 2103195）；自適應(yīng)粘塑性的凝膠優(yōu)化界面（Nano Res. 2022, 15, 2030）。

文獻鏈接：Doudou Feng, Yucong Jiao* and Peiyi Wu*, Proton-Reservoir Hydrogel Electrolyte for Long-Term Cycling Zn/PANI Batteries in Wide Temperature Range, Angew. Chem. Int. Ed.

https://doi.org/10.1002/anie.202215060

參考資料：https://news.dhu.edu.cn/2022/1111/c6406a414027/page.htm

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