【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，大連化物所能源催化轉(zhuǎn)化全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室動(dòng)力電池與系統(tǒng)研究部(DNL29)陳忠偉院士、竇浩楨副研究員團(tuán)隊(duì)在柔性鋅-空氣電池方面取得新進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)受植物根系和血液循環(huán)系統(tǒng)的啟發(fā)，構(gòu)筑了一種安全、環(huán)境友好、具有多層級(jí)離子傳輸通道的單陰離子傳導(dǎo)固態(tài)電解質(zhì)，由其組裝的柔性鋅-空氣電池展現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能和超長循環(huán)壽命。
 

　　柔性鋅-空氣電池具有理論能量密度高、安全性好和成本低等優(yōu)勢(shì)，在智能可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景，對(duì)其的應(yīng)用關(guān)鍵在于設(shè)計(jì)安全、環(huán)保的固態(tài)電解質(zhì)。目前，常用的凝膠電解質(zhì)存在機(jī)械性能差的問題，以及高腐蝕性溶液滲漏的風(fēng)險(xiǎn)。陰離子交換膜可避免使用強(qiáng)腐蝕性溶液，但其保水率低、離子導(dǎo)電性差，并且離子電導(dǎo)率與機(jī)械性能之間存在trade-off效應(yīng)。
 

　　近年來，陳忠偉團(tuán)隊(duì)一直致力于高安全固態(tài)電解質(zhì)的設(shè)計(jì)與開發(fā)，研制出動(dòng)態(tài)雙網(wǎng)絡(luò)仿生固態(tài)電解質(zhì)(Adv. Mater.，2022)、具有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的納米結(jié)構(gòu)電解質(zhì)(Angew. Chem. Int. Ed.，2022、具有豐富水通道和離子通道的生物質(zhì)電解質(zhì)(Adv. Mater.，2024)等，實(shí)現(xiàn)了離子傳導(dǎo)率和機(jī)械性能的協(xié)同提升。
 

　　本工作中，團(tuán)隊(duì)通過在功能化碳納米管和聚丙烯酰胺形成的骨架中，原位聚合具有單氫氧根離子傳導(dǎo)的雙陽離子聚合物，構(gòu)筑了多層級(jí)離子傳輸通道，賦予該電解質(zhì)良好的吸水保留率、超高的離子電導(dǎo)率(245mS/cm)、優(yōu)異的拉伸性(1200%)和良好的鋅陽極可逆性。團(tuán)隊(duì)組裝的鋅-空氣電池具有764mAh/g的高比容量，峰值功率密度達(dá)到152mW/cm2，并保持了1050次循環(huán)(350h)，展現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性。該工作為氫氧根導(dǎo)體的設(shè)計(jì)提供了新思路，并拓寬了氫氧根導(dǎo)體的定義和范疇。
 

　　相關(guān)研究成果以“Single-Anion Conductive Solid-State Electrolytes with Hierarchical Ionic Highways for Flexible Zinc-Air Battery”為題，于近日發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》(Angewandte Chemie-International Edition)上。該工作的第一作者是我所DNL29博士后徐咪。該工作得到中國科學(xué)院B類先導(dǎo)專項(xiàng)“能源電催化的動(dòng)態(tài)解析與智能設(shè)計(jì)”、榆林中科潔凈能源創(chuàng)新研究院聯(lián)合基金、國家資助博士后研究人員計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。(文/圖 徐咪)