新型固态ZnI2电池设计为可持续能源存储打开大门
可充电水性锌碘电池因其安全、成本低、理论容量高而受到广泛关注。锌具有很高的理论容量(820 mAh g -1)，而碘在地壳中含量丰富。然而，锌碘电池有限的循环寿命仍然是其市场可行性的重大挑战。水性电解质中锌电极的热力学不稳定性始终会导致氢气的释放，从而导致电池膨胀并最终失效。此外，在水性电解质中，碘正极经常发生可逆的氧化还原反应，涉及三碘化物、碘化物和多碘化物(I3-/I-/I5-)。ZnO 和 Zn(OH) 4 2-钝化层可能进一步与三碘化物相互作用，加剧对锌负极的不利影响。因此，减轻锌表面的这些寄生副反应对于实现长寿命可充电 ZnI2 电池至关重要。
解决方案：研究人员报道了一类新型氟化嵌段共聚物作为固体电解质，用于开发具有更长寿命的全固态 ZnI2 电池。研究结果表明，在这种固体电解质中循环的锌金属阳极形成稳定的富氟 SEI 层，促进了锌在水平方向的沉积，并阻止了有害锌枝晶的生长，这些枝晶会损坏隔膜并导致电池故障。此外，这种固体电解质有效缓解了 I3- 穿梭问题，延长了电池寿命。用这种固体电解质组装的对称电池在 0.2 mA cm -2下稳定镀层和剥离约 5000 小时。完整的 ZnI 2电池具有更长的 0.5 C 额定值、令人印象深刻的倍率性能和超过 7000 次循环(超过 10000 小时)的接近 100% 的库仑效率。该电解质表现出优异的倍率性能，即使在 20 C 的超高电流密度下也能提供 79.8 mAh g -1的可逆容量。这些结果凸显了这种全固态电池的巨大商业潜力。这项研究为设计具有无树枝状 Zn 金属阳极和超长电池寿命的下一代 ZnI 2电池的氟固态聚合物电解质开辟了一条新途径。
未来：未来的研究将在控制成本的同时探索该电池更多的实际应用场景。
这种固态 ZnI 2电池采用这种基于全氟聚醚 (PFPE) 的固体聚合物电解质，在锌上形成固体电解质界面 (SEI) 层，促进水平锌生长，减轻枝晶渗透，并延长电池循环寿命。此外，固体电解质阻碍碘离子穿梭效应，减少锌箔腐蚀。采用这种电解质的对称电池表现出优异的循环性能，在室温下可保持约 5000 小时的稳定性，而固态 ZnI 2电池的循环次数超过 7000 次，容量保持率超过 72.2%。
影响：这项工作为实现固态 ZnI 2电池的可靠能量存储提供了一条有希望的途径，并引入了柔性和可穿戴锌电池的创新概念。
该项研究最近发表在跨学科材料科学研究领域的著名国际期刊《材料未来》的在线版上。
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