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Angew：東華武培怡/焦玉聰團隊在水系鋅離子電池領域取得新進展

來源：東華大學      2022-11-11
導讀：近日，東華大學化學與化工學院武培怡教授、焦玉聰研究員團隊在柔性水系鋅離子電池領域取得新進展，相關成果以“Proton-Reservoir Hydrogel Electrolyte for Long-Term Cycling Zn/PANI Batteries in Wide Temperature Range”（水凝膠質子庫助力寬溫域范圍內的高性能水系鋅離子電池）為題，發(fā)表在Angewandte Chemie International Edition（德國應用化學）上，東華大學為唯一署名單位，論文第一作者為東華大學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)展前景的儲能設備。正極材料作為決定電池電化學性能的關鍵一環(huán)，近年來引起了廣泛的關注。具有長π-電子共軛結構和豐富活性位點的聚苯胺（PANI）具有高的導電性和離子遷移率，其作為正極材料在水系鋅離子電池中展現出良好的儲能能力。然而，PANI在電化學過程中存在明顯的去質子化問題，這嚴重影響了其結構穩(wěn)定性和氧化還原動力學，導致有限的電化學性能。另外，鋅金屬負極一側鋅枝晶和副反應及水系電解質在低溫下凍結的問題，也進一步限制了電池的實際應用前景。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策略用于增強Zn/PANI電池在寬溫度范圍內的電化學性能。聚合物酸上的豐富磺酸基團不僅可以作為質子庫在電化學過程中緩慢電離抑制PANI質子化，還可以誘導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。
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圖1 質子庫水凝膠增強電池性能機制示意圖
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圖2 相應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域已經開展了一些其它相關工作包括：Hofmeister效應調控氫鍵改善電化學性能（Adv. Mater. 2022, 34, 2110140）；帶電功能官能團調控Zn2+ 002晶面沉積抑制枝晶及副反應（Adv. Sci. 2022, 9, 2104832）；兩性離子粘接劑調控多硫離子吸附（ACS Nano, 2022, 16, 8449）; DMSO添加劑調控水氫鍵及溶劑化結構（Small 2021, 17, 2103195）；自適應粘塑性的凝膠優(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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