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陶善文EnSM: “過(guò)飽和凝膠電解質(zhì)”實(shí)現(xiàn)高度穩(wěn)定水系 Zn-MnO2電池

前期研究表明，去溶劑化電解質(zhì)具有強(qiáng)大的特性，可用于開(kāi)發(fā)穩(wěn)定的水系電池。目前Zn-MnO₂作為一種商用電池，對(duì)極端氣候下的工作能力以及對(duì)過(guò)熱、過(guò)充等事件的響應(yīng)能力需求很大。

圖1. OSGE的特性表征

在此，英國(guó)華威大學(xué)陶善文教授等人使用具有成本效益的醋酸鹽和聚丙烯酸（PAA）在 75℃下制備的“過(guò)飽和凝膠電解質(zhì)”（OSGE），成功開(kāi)發(fā)出一種具有高能量密度和良好循環(huán)性能的水性Zn-MnO₂電池。

OSGE的電化學(xué)穩(wěn)定窗口在室溫下擴(kuò)展到3.45 V，并且能夠在高達(dá)80℃的溫度下保持該窗口，且在室溫下為OSGE的離子電導(dǎo)率為3.74×10^-3 S?cm^-1。

圖2. MnO₂正極在OSGE中的反應(yīng)機(jī)理

分子動(dòng)力學(xué) (MD) 模擬用于研究接觸的陽(yáng)離子溶劑化鞘，可用于解釋醋酸鹽 OSGE的優(yōu)異穩(wěn)定性。在使用該電解質(zhì)時(shí)，在室溫下電池表現(xiàn)出高可逆性，在Zn金屬電極上剝離/電鍍600小時(shí)沒(méi)有形成枝晶。

在過(guò)充工作電壓（2.0 V）下電池成功運(yùn)行了2000次循環(huán)。該研究不僅克服了與鹽類溶解度相關(guān)的限制，而且為開(kāi)發(fā)高度穩(wěn)定的水性Zn-MnO₂電池提供了可行的途徑。

圖3. OSGE基Zn-MnO₂電池在高溫下的性能

Acetate-based ‘oversaturated gel electrolyte’ enabling highly stable aqueous Zn-MnO₂ battery, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.07.033

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