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我院何云教授、梁晓光副教授团队Small:准固态锌空气电池凝胶聚合物电解质释放碱的调控

出处:hi合乐在线登录入口APP   发布时间:2023-03-09    您是第 121位浏览者

      准固态锌空气电池凝胶聚合物电解质内的碱在电池充放电过程中极易析出,导致电池的锌负极界面爬碱现象严重以及枝晶的生长,显著降低准固态锌空气电池性能。

      我院何云教授、梁晓光副教授团队利用纳米球自组装技术在锌电极上制备了锡空心微球阵列,并用羟丙基-β-环糊精(HPβCD)修饰锡空心微球的内表面,使其内表面具有强亲水性,该结构对聚合物电解质/锌负极界面的碱进行了有效调控。内亲水锡空心微球阵列降低了界面爬碱强度,抑制了锌枝晶的生长,并具有存储碱溶液的作用,在充电过程中,锡空心微球阵列内的碱可扩散回聚合物电解质中,减缓了聚合物电解质失水失效。因此,组装的准固态锌空气电池表现出了优异的性能,循环寿命达到了127小时。研究成果以 Regulation of Released Alkali from Gel Polymer Electrolyte in Quasi-Solid State Zn–Air Battery为题发表于Small (影响因子: 15.153),我校为论文唯一完成单位,第一作者为我校在读研究生李海涵同学。

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图1. 内表面亲水锡空心微球阵列制备示意图。

      图1展示了内表面亲水锡空心微球阵列的制备过程。利用纳米球自组装技术在锌电极表面形成聚苯乙烯(PS)微球阵列结构,利用物理热蒸发技术在PS微球阵列表面蒸镀金属锡薄膜,去除PS微球并以HPβCD修饰,进一步用氩等离子体去除外表面HPβCD,最终获得内表面亲水锡空心微球阵列。

图2. 内表面亲水锡空心微球阵列形貌表征。

      通过扫描电子显微镜(SEM)观察了内表面亲水锡空心微球阵列形貌表征(图2)。结果表明,锡空心微球阵列在制备过程中结构稳定。

图3. 释放碱的界面调控机制。

      课题组通过实验揭示了内表面亲水锡空心微球阵列对释放碱的界面调控机制 (图3)。特别地,以重水溶液(NaOD/D2O)为标记物,证明了内表面亲水锡空心微球阵列内的碱可扩散回聚合物电解质中。

图4. 准固态锌空气电池性能演示。

      由于在聚合物电解质/锌负极界面对释放碱进行了有效的调控,组装的准固态锌空气电池展现了优异的性能以及可穿戴性(图4),电池的循环寿命达到了127小时。本文研究了聚合物电解质释放碱的界面调控机制,为提高准固态锌空气电池的性能提供了新的思路。该研究受到了国家自然科学基金和广西自然科学基金的资助。

      原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202206814