鋅離子電池（ZIBs），通常與水系電解質結合，由于其本質安全性和具有競爭力的成本，被認為是有前景的下一代儲能裝置。目前對ZIB的研究主要集中在開發更大容量的正極和優化鋅負極的循環性能方面。然而，就ZIB的實際應用而言，長期以來，人們忽視了電池的“保質期”（即儲存電池而不會變得不適合使用的時間）。不幸的是，由于水對溫度的高度敏感性以及鋅金屬與水系電解質之間不可避免的副反應（包括腐蝕、析氫反應（HER）和鈍化），采用水系電解質的ZIB在儲存時表現出迅速惡化的性能，從而降低了其實際應用的可能性。一些方法，如“鹽包水”、水合物熔融電解質和水凝膠電解質，似乎對這類問題有一定的效果，但只能抑制卻不能完全消除HER和Zn的枝晶生長。因此，迫切需要開發替代的電解質系統，以大大延長ZIB的保質期，并保持接近水系電解質的顯著電化學性能，以促進ZIB的實際應用。受全固態鋰電池研究的啟發，考慮到它們的高化學穩定性，全固態ZIB可能是解決這些問題極有前途的策略。

 

　　鑒于此，香港城市大學支春義教授團隊首次使用基于聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物的固態聚合物電解質（SPE）來解決這些問題，該電解質由聚丙烯酸甲酯接枝的MXenes（表示為PVHF/ MXene-g-PMA）填充而成。這項工作代表了全固態ZIB的一個重大進展，它具有優異的穩定性和可靠性，表現在有效抑制枝晶生長和副反應、優異的循環性能和顯著的保質期。

　　文章亮點：

 

　　1、通過化學接枝，首次實現了聚丙烯酸甲酯（MXene-g-PMA）接枝的MXene表面，其中MXene在PVHF中分散良好，PVHF和PMA之間具有豐富的F–H氫鍵。

 

　　2、所得的SPE的離子電導率比PVHF基體大三個數量級，在室溫下達到2.69×10 -4 S cm -1。

 

　　3、實現了高可逆性的無枝晶鋅沉積/剝離（室溫循環1000h以上，高溫循環200h以上）。固態ZIB全電池在2C和室溫下表現出10000次循環的優異循環性能，并且可以在-35至100°C的溫度下正常工作。

 

　　4、最重要的是，在低溫/高溫下，全固態ZIB的保質期超過90天。

　　圖1 制備及表征

　　圖2 PVHF/MXene-g-PMA 膜的表征

　　圖3固態ZIB全電池的電化學性能

　　圖4 固態ZIB全電池的高低溫和儲存性能

 

　　原文鏈接：

 

　　https://doi.org/10.1039/D1EE00409C