新型双网络结构水凝胶电解质用于固态Zn-Air/碘化物电池

1、研究内容

金属空气电池，如锌-空气电池（ZABs），具有高能量密度、优异的经济性和环境友好性，被认为是下一代储能和转换系统中最有潜力的一种能源装置。作为电池的关键部件，电解质决定了正极和负极的离子传输和界面化学。

华中科技大学夏宝玉教授课题组开发了一种由聚丙烯酰胺（PAM）、海藻酸钠（SA）和碘化钾（KI）组成的新型双网络结构水凝胶电解质（PAM/SA/KI），其具有优异的离子电导率、机械柔韧性和保水能力。用于固态锌-空气/碘化物混合电池后表现出优异的可再生性和110小时的长循环寿命和80%的高能效。相关工作以“Dual-Network Structured Hydrogel Electrolytes Engaged Solid-State Rechargeable Zn-Air/Iodide Hybrid Batteries”为题发表在Angewandte Chemie International Edition上。

2、研究要点

要点1. PAM/SA/KI水凝胶的离子交联双网络结构使其具有更高的机械强度和更高的离子电导率。此外，碘的引入不仅提供了比氧电催化更有利的碘化物/碘酸盐氧化还原的阴极动力学，还调节了锌离子的溶剂化结构以确保更好的界面稳定性。

要点2. 作为电池的关键部件，PAM/SA/KI水凝胶电解质实现了新型高性能锌空气/碘化物混合电池，在密封系统中具有110 h的长循环稳定性，并实现了80%的高能效，即使在可再生过程中。

要点3. PAM/SA/KI双网络水凝胶结构显示出优异的保水能力、离子电导率和机械柔韧性。此外，碘的引入在阴极提供了更有利的碘化物/碘酸盐氧化还原动力学，这使得ZAB可以在密封配置中运行并避免因失水而导致的电解质失效。碘离子的存在也调节了锌离子的溶剂化结构，从而抑制了枝晶的形成，确保了更好的阳极界面稳定性。

该工作开发了一种基于PAM/SA/KI新型水凝胶电解质和高性能固态锌空气/碘化物混合电池，为开发高性能能量转换和存储装置及技术提供了有价值的概念。

3、 研究图文

图1. PAM/SA/KI水凝胶的（a）合成过程，（b） 离子传输示意图，（c） FESEM 图像和（d） FT-IR光谱。

图2. PAM、PAM/SA和PAM/SA/KI水凝胶在10 mm min-1拉伸速率下的（a）液体电解质吸收能力、（b） 保水能力、（c） 离子电导率和（d） 拉伸应力与应变曲线。

图3. （a） 半开放配置中ZAB的恒电流放电曲线，（b） 基于PAM/SA/KI电解质的ZAB在不同弯曲状态下的恒电流充电/放电（GCD）曲线。（c） PAM-、PAM/SA-和PAM/SA/KI电池的GCD曲线。PAM-、PAM/SA-和PAM/SA/KI基电池在初始（e）和更新（f）在密封配置中的恒电流放电曲线和GCD曲线（d）。

图4. （a） Pt/C+RuO2复合材料在不同O2或Ar饱和电解质中，在5 mV s-1下的LSV曲线。（b） KOH/Zn（Ac） KI溶液在不同充电/放电时间下的紫外-可见光谱。（c） 用于锌空气/碘化物混合电池的循环锌负极的SEM图像。（d） 不同电解质的拉曼光谱（黑色：Zn2+；绿色：O；粉色：H；蓝色：I-）。

审核编辑：郭婷