港理工倪萌北理工王克亮綜述:極端條件下水凝膠電解質的鋅電池

【背景】

鋅基電池

由於其高容量、低成本和本質安全性而成為柔性儲能的潛在候選者。具有飽和水性溶劑的水凝膠電解質可以提供卓越的電化學效能,同時為鋅基電池保持令人滿意的柔韌性。過去幾十年見證了它們的快速增長。然而,在極端條件下使用水凝膠電解質的鋅基電池的研究仍處於早期階段,許多技術問題仍有待解決。

港理工倪萌北理工王克亮綜述:極端條件下水凝膠電解質的鋅電池

【摘要】

香港理工大學倪萌教授、北京理工大學王克亮副研究員與加州大學聖地亞哥分校Jinhye Bae教授團隊

綜述了

水凝膠電解質在鋅基電池中的應用的物理和化學性質

。作者主要

回顧並分析在極高/低溫或變形條件下製備水凝膠電解質和柔性鋅基電池的策略及其行為

。此外,還提出了適用於所有這些

極端條件的全能水凝膠電解質的設計策略

。最後,作者對鋅基電池水凝膠電解質的

挑戰和未來方向

提供觀點。文章“

Multi-Functional Hydrogels for Flexible Zinc-Based Batteries Working under Extreme Conditions

”發表在期刊

《Advanced Energy Materials》。

【綜述分析】

港理工倪萌北理工王克亮綜述:極端條件下水凝膠電解質的鋅電池

圖1,在不同極端條件下工作的水凝膠電解質的柔性鋅基電池。

在極低的溫度 (

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圖2

,a) 分別注入濃縮離子和去離子水的 PANa 水凝膠在不同溫度下的拉伸性。b) ZL-PAM 水凝膠合成示意圖。c) Zn/LiFePO4 電池在 -20 °C 下的倍率效能和 d) 迴圈穩定性 (0。5 A g-1)。e) -20 °C 下的彎曲狀態電池。

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圖3

,a) PVA-B-G 內整合 3D 網路的合成示意圖和多重複合。b) PVA-B-G 在 -35 °C 下拉伸、彎曲和摺疊。c) PVA-B-G 在不同溫度下的離子電導率。d) PVA-B-G 電池在 1 A g-1 下不同溫度下的迴圈效能。

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圖8,

a) EA電池的製造過程。b) EA 電池和 PAM 電池在 80 °C 下工作的壽命比較。c) 冰封 EA 電池在 -20 °C 時的容量保持率。d) 在沸水中為電子錶供電時 EA 電池和抗熱測試。

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圖16,

a)具有二極體型水凝膠電解質的柔性鋅銅電池。b) 兩種接觸水凝膠的剝離力曲線。c) Zn-Cu 電池在 2000 次拉伸迴圈後的功率輸出變化。d) 不同儲存形式的 Zn-Cu 電池的功率輸出隨時間的變化。e) 熱可逆 PHE 的冷卻恢復功能。f)各種ZIBs的放電容量保持率。g)強力摺疊(100 kPa)後破損的PHE電極區域和-5°C冷卻後恢復區域的SEM影象。h) CO2 腐蝕前後 KOH 水溶液和 APSE 基 ZAB 的交流阻抗譜。

【總結與展望】

在這篇綜述中,系統回顧了極端工作條件(即低溫、高溫和機械變形)對水凝膠電解質和製造的鋅基電池的影響。相應地,作者也提出了多種解決方案並討論了它們當前面臨的挑戰。

1,

儘管組合策略已被證明在構建全方位水凝膠電解質方面是成功的,但仍然缺乏對每種新增劑的分數的研究。

考慮到新增劑不足和過量都無效,平衡新增劑和最佳化組合策略成為一個很好的解決方案

2,

隨著人工智慧(AI)的快速發展,

深度學習在選擇組織良好的配方以實現低成本、製造簡單、全方位的水凝膠電解質

方面具有巨大潛力。

3,

最重要的是,應

仔細評估最佳化後的鋅基電池的電化學效能

,進而進一步指導設計策略。

參考文獻

:doi。org/10。1002/aenm。202101749

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