王晓磊/陆俊AM：电极/电解质优化助力锌离子电池100万次循环！

锌金属已显示出作为电网级储能负极材料的潜力，但面临树枝状生长和低库仑效率的挑战。

加拿大阿尔伯塔大学王晓磊、阿贡国家实验室陆俊等通过设计电极和电解质，开发了一种用于水系锌离子电池和电容器（ZIBs和ZICs）的超快、稳定和高负载的聚合物负极。

图1 PI-1和PI-1/CNT的电极工程和结构表征

首先在理论计算的指导下，作者合成了一系列有/无碳纳米管（CNT）的分子和聚合物，并用作ZIBs负极。在这些材料中，由于其低水溶性、高LUMO能级、窄带隙和大π共轭，所得聚酰亚胺/CNT负极材料(PI-1/CNT)表现出高氧化还原活性和对Zn²⁺存储的稳定性。另一方面，1.5 M Zn(OTf)₂电解质溶液具有高离子电导率、温和的酸性、低粘度和丰富的Zn²⁺可及性。负极材料和电解质溶液的这些特性有利于电池的快速充电和稳定循环。

图2 PI-1/CNT电极优化的电化学性能和动力学分析

因此，优化的组合将使PI-1/CNT负极具有低放电电压（0.2-0.4 V vs. Zn²⁺/Zn）、接近理论的容量（128 mAh g^-1，50 mA g^-1）、高CE（~100%）、超高负载（~50 mg cm^-2）、快速充电能力（100 A g^-1）以及长达1000000次循环的非凡稳定性。

此外，PI-1/CNT负极不仅可与ZIBs的电池正极相结合，表现出高功率密度（9.1 kW kg^-1）和长寿命（50000次循环），而且与ZICs的超级电容器正极相结合，在10和200 A g^-1下，实现了超过100万次循环的创纪录稳定性，远优于基于Zn金属负极的相应器件，即使在过量时也是如此。

图3 PI-1/CNT作为ZIBs和ZICs无锌金属负极的应用

Ultrafast, Durable, and High-loading Polymer Anode for Aqueous Zinc-Ion Batteries and Supercapacitors. Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202200077

王晓磊/陆俊AM：电极/电解质优化助力锌离子电池100万次循环！

相关推荐