金屬鋅資源豐富，比能量高，作為負(fù)極在鋅錳、鋅鎳、鋅銀和鋅空氣等電池中具有較為顯著的推廣優(yōu)勢(shì)。但金屬鋅在傳統(tǒng)的水系電解液中，存在著嚴(yán)重的腐蝕和枝晶問(wèn)題，極大地限制了鋅基電池的電化學(xué)性能和循環(huán)穩(wěn)定性能。

為有效改善鋅負(fù)極的穩(wěn)定性，中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所研究員劉宇帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了一系列工作，研究出一種具有高穩(wěn)定性、柔性的自支撐明膠電解質(zhì)隔膜。這種電解質(zhì)具備獨(dú)特的熱可逆性和優(yōu)異的無(wú)機(jī)鹽兼容性。通過(guò)構(gòu)筑穩(wěn)定的電極-電解質(zhì)界面，鋅負(fù)極的腐蝕程度顯著降低，對(duì)稱(chēng)電池循環(huán)穩(wěn)定性得到提高（0.2mAcm-2穩(wěn)定循環(huán)800h）且沒(méi)有明顯的枝晶形成。獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使電池具備柔性和抵抗外力刺激的穩(wěn)定性。進(jìn)一步地，基于明膠獨(dú)特的無(wú)機(jī)鹽增強(qiáng)效應(yīng)，在高濃度的電解液中處理后的明膠電解質(zhì)脫水，分子鏈之間形成強(qiáng)疏水相互作用，電解質(zhì)的熱穩(wěn)定性和機(jī)械性能明顯增強(qiáng)，獲得了目前所報(bào)道的機(jī)械性能最好的水系鋅基電池自支撐固態(tài)電解質(zhì)隔膜。對(duì)稱(chēng)電池在高達(dá)5mAcm-2電流密度下可以穩(wěn)定循環(huán)400h。同時(shí)，優(yōu)異的機(jī)械性能也提高了電池的安全性，拓展了其在柔性電池領(lǐng)域的應(yīng)用。相關(guān)成果相繼發(fā)表于JournalofMaterialsChemistryA（2018,DOI:10.1039/c8ta08314b）和JournalofMaterialsChemistryA（2019,DOI:10.1039/c9ta07218g），其中2019年發(fā)表的文章成果被選為期刊封面，相關(guān)工作第一作者為在讀博士生韓奇。

團(tuán)隊(duì)還設(shè)計(jì)了一種新的固水型電解質(zhì)體系，該體系中的氣相納米二氧化硅（FS）通過(guò)表面活性基團(tuán)絡(luò)合水分子，抑制了水對(duì)鋅負(fù)極的腐蝕；并且作為無(wú)機(jī)填料，增強(qiáng)隔膜的耐枝晶刺穿能力。非離子型表面活性劑（FMEE）的添加降低了Zn2+沉積活化能，與二氧化硅協(xié)同作用顯著抑制Zn枝晶生長(zhǎng)，同時(shí)提升庫(kù)倫效率。相關(guān)工作成果發(fā)表在國(guó)際電化學(xué)專(zhuān)業(yè)期刊JournalofTheElectrochemicalSociety（2019,DOI:10.1149/2.1031906jes），第一作者為在讀博士生黃佳琪。

團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了與前述成果匹配的高活性正極材料，在10C的倍率條件下取得長(zhǎng)達(dá)10000圈的循環(huán)穩(wěn)定性，相關(guān)工作已被JournalofPowerSources期刊接收，第一作者為在讀博士生劉云召。

上述研究工作的通訊作者和指導(dǎo)教師為劉宇和副研究員遲曉偉。

相關(guān)研究工作獲得中科院及科技部相關(guān)項(xiàng)目支持。

原位構(gòu)筑電極-電解質(zhì)界面穩(wěn)定鋅負(fù)極

固水型電解質(zhì)降低鋅負(fù)極腐蝕，提高庫(kù)倫效率

新型高活性正極材料的電池循環(huán)圖