可充水系锌离子电池（ZIB）具有本质安全、资源丰富、成本低、理论容量高（5854 Ah L−1和820 Ah kg−1）等优势，是一种很有发展前景的新一代电源。尽管具有这样吸引人的特性，水系ZIB仍未准备好实际使用。水系ZIB面临的最重要挑战之一是具有水系电解液的Zn负极的化学/电化学不稳定性。析氢反应的电位高于Zn/Zn2+的氧化还原电位，会引发水分解，同时析出H2气体，导致电解液消耗。此外，Zn金属在水介质中易发生腐蚀，产生不必要的钝化层。因此，Zn负极与水系电解液之间的界面寄生反应会导致Zn沉积/剥离的可逆性差，并伴随Zn枝晶生长。
鉴于此，韩国延世大学Sang-Young Lee教授报道了一种离子液体（IL）薄凝胶，用作Zn负极的新型防水离子导电保护层。该IL薄凝胶由疏水性IL溶剂（1-丁基-1-甲基吡咯烷双（三氟甲基磺酰基）亚胺 (BMPTFSI)）、锌盐（Zn(TFSI)2）和巯基-烯聚合物兼容骨架组成，其中巯基-烯聚合物兼容骨架由紫外固化的三羟甲基丙烷三（3-巯基丙酸盐）（TMPMP，“硫醇”）和三羟甲基丙烷三丙烯酸酯（TMPTA，“烯”）组成。该IL薄凝胶可防止水分子进入Zn负极，同时允许Zn2+传导进行氧化还原反应，从而赋予Zn电极优异的电化学性能。
文章亮点：
1.IL薄凝胶通过旋涂直接沉积在Zn金属箔上，然后进行紫外固化，无需使用任何加工溶剂，从而可以去除耗时且成本高的干燥步骤。
2.IL薄凝胶有效地抑制了水引发的与Zn电极的界面寄生反应（产生H2气体和腐蚀副产物），从而在90%放电深度等恶劣工作条件下实现了稳定的Zn沉积/剥离循环性，这远远超出了先前报道的保护层所能达到的水平。
3.在IL薄凝胶的保护下，采用水系电解液（2 M ZnSO4）的Zn/MnO2全电池表现出优异的充放电循环性能（600 次循环后容量保持率≈95.7%，库仑效率 ≈100%）。
图1 IL薄凝胶制备及作用机理示意图
图2 受保护的Zn电极在水系电解液中的化学/电化学稳定性
图3 Zn/MnO2全电池的电化学性能
原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202103850
原文刊载于【高分子科学前沿】公众号
本文版权归原作者所有，文章内容不代表平台观点或立场。如有关于文章内容、版权或其他问题请与我方联系，我方将在核实情况后对相关内容做删除或保留处理！