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锌离子水系电池（AZIBs）因其低成本和高安全性而成为一种前景广阔的储能设备。然而，金属锌（Zn）阳极上严重的枝晶生长和副反应阻碍了其商业化应用。为了克服这些障碍，本文精心设计并构建了一种强电负性三氟硼酸阴离子（─BF3−）功能化聚丙烯酰胺水凝胶（PAME）作为准固态电解质。以强极性官能团为末端的PAME链段通过增强氢键相互作用，促进水分子从自由水转化为结合水，从而缓解副反应。此外，PAME电解质具有分层多孔结构，增强了─BF3-基团与Zn2+离子之间的静电相互作用，从而实现了高通量Zn离子的均匀传输，并诱导了均匀沉积，抑制了枝晶的生长。因此，组装好的Zn‖PAME‖Zn电池在 1 mA cm-2下可稳定循环1800 小时，在 15 mA cm-2下可稳定循环900 小时。此外，所构建的Zn‖PAME‖MnO2全电池在2.0 A g-1电流条件下的可逆容量为202 mAh g，在500 次循环中的容量保持率为 91.4%。这项研究揭示了如何构建强极性水凝胶电解质，以提高长寿命AZIB的自由枝晶锌阳极。
对所制备的PAME水凝胶和离子传输和沉积机理进行了图解说明。水分子以束缚态存在，Zn2 +离子通过PAME分子链构建的孔道快速迁移，并沿( 002 )晶面择优沉积在金属Zn电极上。
a ) PAM和PAME水凝胶的13C NMR谱图；b )水凝胶的FT-IR谱图。拟合的O-H伸缩振动c ) FT-IR光谱和d )代表水分子BW，IW和FW的拉曼光谱。e ) PAME和PAM的XRD图谱。f，g ) PAME和PAM水凝胶的孔径分布和内含物是内膜横截面的SEM图像。h ) PAME和PAM水凝胶的拉伸应力-应变曲线，i )相应的韧性和弹性模量。j )电化学阻抗谱。k ) PAME和PAM电解质的离子电导率。
Zn电极在不同电解液中的循环性能和可逆性
a ) MD模拟快照和Zn2+离子在PAME电解液中的典型溶剂化结构；b ) MD模拟得到的Zn2+-O ( H2O )、Zn2+-O (SO42−)、Zn2+-O ( PAME )和Zn2+-F ( PAME )对的RDF及其相应的配位数；c，d ) DFT计算不同电解液中Zn2+与两种电解液中水分子结合能的优化模型；e，f )不同电解液中Zn电极镀锌行为及机理示意图。
Zn‖MnO2全电池在液态和PAME电解液中的电化学性能
通讯作者： Heng Zhang，Chao Yan
文章来源：高分子能源
《钠离子电池技术发展与产业前景研究报告》
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