让电池不怕“烤”验！我国新型电解质技术推动高性能锌电池发展_SPS智造展(原siaf展)

水系锌金属电池的优势有本质安全、资源丰富、环境友好及理论能量密度高，在下一代储能体系中被重视。
但是在其产业化道路上，长期有一个问题困扰着业界，在高温环境下会产生严重功能衰减。高温会加剧水的活性和副反应，导致锌负极不可控的枝晶生长与腐蚀，极大缩短电池寿命。

在这一领域，近日中国科学院大连化学物理研究所的研究团队取得了突破性进展。他们创新性地设计并制备出一类被称为“湿砂”的结构化凝胶电解质，成功破解了水系锌电池的高温运行难题，为解锁其全气候应用潜力提供了颠覆性的解决方案。相关研究成果已发表在《自然-通讯》(Nature Communications)上。
水系电池以水为电解液溶剂，在安全性上有优势，但在高温下，副反应肆虐、枝晶失控、电解液消耗等问题纷至沓来。在高温下有效“管理”水分子，驯服锌离子的沉积行为，是攻克难关的核心。

中国科学院大连化学物理研究所的研究团队的灵感源于自然！来源于常见的自然现象——湿砂。
本身松散的沙粒加入适量水后却能粘结成型，保持一定的固体形态之余还含有维持离子传输所必需的液态水。他们受此启发，旨在设计一种电解质，既能像固体一样锁住水分子、抑制其有害活性，又能像液体一样保证离子高效传导。
团队通过精密的分子设计合成了一种具有三维网络结构的多功能聚合物基体，富含大量特定的亲锌官能团。

有独特的“湿砂”结构：
“沙粒”骨架：
三维聚合物网络坚固，作为支撑赋予电解质优异的机械强度和尺寸稳定性。
“锁定”的水：
通过强氢键等相互作用，网络中的功能性位点牢牢锚定水分子，极大减少了自由水的含量与活性，从根本上抑制了高温下水引发的副反应和蒸发问题。
离子传输通道：
被固定的水分子在聚合物网络中形成连续的离子传输通道，确保锌离子能够高效迁移。
智能引导沉积：
亲锌位点能优先吸附锌离子，调控其溶剂化结构，在电极界面形成稳定的固态电解质界面膜，并引导锌离子均匀、水平地沉积，有效抑制了枝晶的生长。
高温下交出满意答卷！

实验数据有力验证了“湿砂”电解质设计的成功。根据研究，采用这种新型电解质的锌对称电池在严苛的60℃高温下能实现超过2000小时的稳定循环，且极化电压始终保持平稳，未出现短路迹象。
组装成的完整锌离子电池(如与二氧化锰或钒基正极匹配)也有着出色的表现！电池在高温循环测试中不仅保持高容量保持率，库仑效率(反映充放电可逆性的关键指标)也始终维持在接近100%的高水平，证明了整个电化学体系的高度可逆性与稳定性。
该电解质还展现了良好的阻燃性能和宽温域工作能力，进一步提升了电池的安全边界与应用场景适应性。

高性能锌电池运用在哪些领域？
高性能锌电池凭借其高安全、低成本和环境友好的特性，正加速应用于多个领域。
消费电子：
为智能手表、助听器等可穿戴设备提供柔性、超薄电源。
交通动力：
应用于电动两轮车，并被视为电动汽车的潜在动力方案。
规模储能：
用于储存太阳能、风能，平衡电网供需，尤其适合家庭和电网级储能电站。
极端环境：
新型电解质技术使其可在-25℃至150℃宽温域稳定工作，适用于深海探测、极地科考及航空航天等特殊场景。

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来源：广州光亚法兰克福展览有限公司

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