Advanced Functions Materials:离子液体薄凝胶为锌负极定制防水离子导电保护层!

可充水系锌离子电池(ZIB)具有本质安全、资源丰富、成本低、理论容量高(5854 Ah L−1和820 Ah kg−1)等优势,是一种很有发展前景的新一代电源。尽管具有这样吸引人的特性,水系ZIB仍未准备好实际使用。水系ZIB面临的最重要挑战之一是具有水系电解液的Zn负极的化学/电化学不稳定性。析氢反应的电位高于Zn/Zn2+的氧化还原电位,会引发水分解,同时析出H2气体,导致电解液消耗。此外,Zn金属在水介质中易发生腐蚀,产生不必要的钝化层。因此,Zn负极与水系电解液之间的界面寄生反应会导致Zn沉积/剥离的可逆性差,并伴随Zn枝晶生长。
鉴于此,韩国延世大学Sang-Young Lee教授报道了一种离子液体(IL)薄凝胶,用作Zn负极的新型防水离子导电保护层。该IL薄凝胶由疏水性IL溶剂(1-丁基-1-甲基吡咯烷双(三氟甲基磺酰基)亚胺 (BMPTFSI))、锌盐(Zn(TFSI)2)和巯基-烯聚合物兼容骨架组成,其中巯基-烯聚合物兼容骨架由紫外固化的三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸盐)(TMPMP,“硫醇”)和三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA,“烯”)组成。该IL薄凝胶可防止水分子进入Zn负极,同时允许Zn2+传导进行氧化还原反应,从而赋予Zn电极优异的电化学性能。

文章亮点:1. IL薄凝胶通过旋涂直接沉积在Zn金属箔上,然后进行紫外固化,无需使用任何加工溶剂,从而可以去除耗时且成本高的干燥步骤。2. IL薄凝胶有效地抑制了水引发的与Zn电极的界面寄生反应(产生H2气体和腐蚀副产物),从而在90%放电深度等恶劣工作条件下实现了稳定的Zn沉积/剥离循环性,这远远超出了先前报道的保护层所能达到的水平。3. 在IL薄凝胶的保护下,采用水系电解液(2 M ZnSO4)的Zn/MnO2全电池表现出优异的充放电循环性能(600 次循环后容量保持率≈95.7%,库仑效率 ≈100%)。

图1 IL薄凝胶制备及作用机理示意图
图2 受保护的Zn电极在水系电解液中的化学/电化学稳定性
图3 Zn/MnO2全电池的电化学性能

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202103850

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!