中科院上海硅酸鹽研究所研究員劉宇、副研究員遲曉偉團(tuán)隊(duì)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)異的無機(jī)鹽兼容性。該研究成果近日作為封面文章發(fā)表于《材料化學(xué)學(xué)報(bào)》。

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。但金屬鋅在傳統(tǒng)的水系電解液中，存在嚴(yán)重的腐蝕和枝晶問題，極大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，研究人員通過構(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，對稱電池循環(huán)穩(wěn)定性得到提高且沒有明顯的枝晶形成。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。同時(shí)，基于明膠獨(dú)特的無機(jī)鹽增強(qiáng)效應(yīng)，在高濃度電解液中處理后的明膠電解質(zhì)脫水，分子鏈間形成強(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。優(yōu)異的機(jī)械性能也提高了電池安全性，拓展了其在柔性電池領(lǐng)域的應(yīng)用。

研究人員還設(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通過表面活性基團(tuán)絡(luò)合水分子，抑制了水對鋅負(fù)極的腐蝕；并且作為無機(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，同時(shí)提升庫倫效率。該成果發(fā)表于《電化學(xué)學(xué)會學(xué)報(bào)》。團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步開發(fā)了與成果匹配的高活性正極材料，在10C的倍率條件下取得長達(dá)1萬圈的循環(huán)穩(wěn)定性。

原標(biāo)題:中科院上海硅酸鹽所 研發(fā)鋅基電池最優(yōu)電解質(zhì)隔膜