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鋅粉被認(rèn)為是水系鋅離子電池潛在的鋅金屬負(fù)極。然而，傳統(tǒng)聚合物粘合劑復(fù)合鋅粉負(fù)極中受限的離子/電子傳輸和體積效應(yīng)導(dǎo)致的電接觸故障降低了其電化學(xué)性能。

在此，廣東工業(yè)大學(xué)李成超教授&杜文城副教授團(tuán)隊(duì)提出了一種基于低聚物粘合的高性能軟固體狀粘彈性鋅粉復(fù)合負(fù)極策略。得益于粘彈性特性，軟固體鋅粉復(fù)合材料(ss-ZnP)負(fù)極顯著增強(qiáng)了電荷轉(zhuǎn)移，減輕了體積效應(yīng)，并均勻化了界面電場，從而實(shí)現(xiàn)了快速的電鍍/剝離動(dòng)力學(xué)和無枝晶的沉積形態(tài)。

此外，組裝的NH₄V₄O₁₀‖ss-ZnP全電池具有更高的容量(0.1 A g^-1時(shí)為510 mAh g^-1，1 A g^-1時(shí)為300 mAh g^-1)和更長的壽命，在1 A g^-1時(shí)可循環(huán)500次，優(yōu)于傳統(tǒng)電池聚合物粘合劑復(fù)合鋅粉負(fù)極和其他報(bào)道的流變鋅粉基負(fù)極。

圖1.制備流程

總之，該工作通過利用流變環(huán)氧低聚物(E-44)粘合鋅粉和二維碳片，成功設(shè)計(jì)出粘彈性固體鋅粉復(fù)合負(fù)極(即ss-ZnP)。柔軟的類固體粘彈性結(jié)構(gòu)不僅賦予ss-ZnP靈活的加工性能，而且還提高了電化學(xué)性能，包括增強(qiáng)離子/電子轉(zhuǎn)移并實(shí)現(xiàn)無枝晶沉積。結(jié)果顯示，所獲得的復(fù)合負(fù)極表現(xiàn)出188 mS m^-1的高電導(dǎo)率和快速離子擴(kuò)散，這導(dǎo)致電壓滯后低得多(在1 mA cm^-2和1 mAh cm^-2時(shí)165 mV vs 240–1550^?mV)，優(yōu)于傳統(tǒng)聚合物復(fù)合鋅粉負(fù)極和其他流變鋅粉負(fù)極。

此外，NH₄V₄O₁₀‖ss-ZnP全電池在0.1~2 A g^-1的各種電流密度下具有出色的倍率性能、長循環(huán)耐久性(高達(dá)500次循環(huán))和高放電容量(0.1 A g^-1時(shí)為510 mAh g^-1，1 A g^-1時(shí)為300 mAh g^-1)。從工程角度來看，ss-ZnP電極可以是獨(dú)立的，并且可以方便的加工/成型，這對(duì)于未來面對(duì)薄膜/纖維狀電極、叉指電極等多種需求的實(shí)際應(yīng)用具有重要意義。因此，該工作的方法為制備用于二次儲(chǔ)能裝置的多功能金屬粉末基負(fù)極提供了極大的便利，有助于研究多功能電極材料的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。

圖2. 可加工性能

Designing Soft Solid-like Viscoelastic Zinc Powder Anode toward High-Performance Aqueous Zinc-Ion Batteries, Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202301835

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李成超/杜文城AEM：軟固體狀粘彈性鋅粉負(fù)極用于高性能水系鋅離子電池

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