上海交大研究生，上海交大研究生招生官网
在锌金属负极上构建基于聚合物的人工固体电解质界面膜，在抑制枝晶生长和可充锌离子电池的副反应方面具有巨大潜力。然而，传统的聚合物薄膜存在着Zn2+传输动力学迟缓和界面僵硬等关键问题。
近日，上海交通大学王开学教授、黄卫研究员将海藻酸钠均匀地涂覆在Zn表面，并通过在ZnSO4水溶液中的原位凝胶化转变为不溶于水的海藻酸锌（ZA）水凝胶，形成一个动态自适应界面。在形成的ZA薄膜中，Zn2+以自由离子而非配位离子的形式存在，极大地促进了Zn2+在整个薄膜中的迁移，从而诱导了均匀的Zn沉积。此外，ZA水凝胶能适应沉积/剥离过程中锌负极的体积变化，并能自我修复由锌枝晶刺穿的裂缝。同时，水凝胶中带负电荷的COO-基团可以排斥SO42-阴离子并促进Zn(H2O)62+的脱溶剂化，这两者都可以有效抑制副反应。因此，ZA水凝胶薄膜有助于形成高度可逆的锌负极，其在1000次循环中具有99.4%的超高库仑效率（CE），并获得了延长至2200小时的循环寿命。此外，通过将Zn@ZA负极与MnO2正极配对，在2C下500次循环后可提供约214 mAh g-1的高容量，证明了其在可充锌离子电池中的可行应用。
文章要点：
1. 这项工作通过原位交联反应，在锌表面构建了具有动态自适应、自愈合和良好锌亲和性的海藻酸锌（ZA）水凝胶层。
2.与传统的聚合物基SEI薄膜相比，所获得的ZA水凝胶界面在改善锌负极的界面稳定性方面显示出明显的优越性。首先，ZA的羧基连接网络使Zn2+的快速传输动力学具有高的Zn2+迁移率和均匀的Zn2+通量，从而实现无枝晶的Zn沉积。第二，由带负电荷的COO-基团引起的SO42-阴离子的强烈排斥，有效地限制了硫酸氢盐的钝化。第三，COO-和H2O之间的氢键促进了Zn(H2O)62+的脱溶剂化。此外，ZA的动态灵活性可以适应表面体积的变化，以避免沉积/剥离行为所引起的裂缝。
3. 因此，ZA修饰的锌负极实现了56.4 mV的低成核过电位、超过2200小时的超长循环寿命、显著的可逆沉积/剥离行为（库仑效率（CE）达到99.4%）。此外，Zn@ZA||MnO2全电池表现出优异的循环稳定性，在2C的条件下循环500次后剩余容量高达214 mAh g-1。该工作中提出的水凝胶界面为探索高性能的水系可充电ZIBs提供了新的启示。
图1 Zn@ZA电极的表征
图2 动力学和脱溶剂化行为的探索
图3 ZA涂层对Zn负极的电化学性能的影响
图4 Zn||MnO2全电池的电化学性能
–纤维素推荐–
–测试服务–
原文链接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202300952
来源：高分子科学前沿
声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！
上海交大研究生(上海交大研究生招生官网)
未经允许不得转载：苏州考研网 » 上海交大研究生(上海交大研究生招生官网)
