支春義教授《EES》：高低溫存儲(chǔ)壽命高達(dá)90天的全固態(tài)鋅離子電池！
鋅離子電池（ZIBs），通常與水系電解質(zhì)結(jié)合，由于其本質(zhì)安全性和具有競爭力的成本，被認(rèn)為是有前景的下一代儲(chǔ)能裝置。目前對(duì)ZIB的研究主要集中在開發(fā)更大容量的正極和優(yōu)化鋅負(fù)極的循環(huán)性能方面。然而，就ZIB的實(shí)際應(yīng)用而言，長期以來，人們忽視了電池的“保質(zhì)期”（即儲(chǔ)存電池而不會(huì)變得不適合使用的時(shí)間）。不幸的是，由于水對(duì)溫度的高度敏感性以及鋅金屬與水系電解質(zhì)之間不可避免的副反應(yīng)（包括腐蝕、析氫反應(yīng)（HER）和鈍化），采用水系電解質(zhì)的ZIB在儲(chǔ)存時(shí)表現(xiàn)出迅速惡化的性能，從而降低了其實(shí)際應(yīng)用的可能性。一些方法，如“鹽包水”、水合物熔融電解質(zhì)和水凝膠電解質(zhì)，似乎對(duì)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(fā)替代的電解質(zhì)系統(tǒng)，以大大延長ZIB的保質(zhì)期，并保持接近水系電解質(zhì)的顯著電化學(xué)性能，以促進(jìn)ZIB的實(shí)際應(yīng)用。受全固態(tài)鋰電池研究的啟發(fā)，考慮到它們的高化學(xué)穩(wěn)定性，全固態(tài)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(xué)支春義教授團(tuán)隊(duì)首次使用基于聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物的固態(tài)聚合物電解質(zhì)（SPE）來解決這些問題，該電解質(zhì)由聚丙烯酸甲酯接枝的MXenes（表示為PVHF/ MXene-g-PMA）填充而成。這項(xiàng)工作代表了全固態(tài)ZIB的一個(gè)重大進(jìn)展，它具有優(yōu)異的穩(wěn)定性和可靠性，表現(xiàn)在有效抑制枝晶生長和副反應(yīng)、優(yōu)異的循環(huán)性能和顯著的保質(zhì)期。
文章亮點(diǎn)：
1、通過化學(xué)接枝，首次實(shí)現(xiàn)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(dǎo)率比PVHF基體大三個(gè)數(shù)量級(jí)，在室溫下達(dá)到2.69×10 -4 S cm -1。
3、實(shí)現(xiàn)了高可逆性的無枝晶鋅沉積/剝離（室溫循環(huán)1000h以上，高溫循環(huán)200h以上）。固態(tài)ZIB全電池在2C和室溫下表現(xiàn)出10000次循環(huán)的優(yōu)異循環(huán)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(tài)ZIB的保質(zhì)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(tài)ZIB全電池的電化學(xué)性能
圖4 固態(tài)ZIB全電池的高低溫和儲(chǔ)存性能
