祝贺商诺关于准液态电解质强化柔性锌-空气电池性能的研究在《Advanced Functional Materials》上发表。
【研究背景】
柔性锌空气电池近年来发展迅速，但其仍面临功率低、大电流密度下寿命较短的问题。通常情况下，凝胶阻抗远大于液体电解质阻抗，这在很大程度上是由于离子在遇到凝胶骨架结构时的能量损失远大于液体状态，因此理想的离子电导率最高的凝胶形式是只有外层凝胶，以使电解质具有弹性并保持其力学性能，而内部全部为液体。接近这种形式的凝胶可以称为“准液体凝胶”。在所有凝胶类型中，成本低、离子电导率强、与电极接触良好的PAA凝胶是解决柔性锌空气电池应用痛点的关键，在其基础上进行改性修饰是建立“准液态凝胶”的理想选择。本研究即旨在建立离子导率接近液态电解质的改性PAA凝胶。
【工作介绍】
近日，北京理工大学王克亮课题组创新地使用冷冻扫描电镜获得了PAA凝胶骨架结构的清晰图像，为后续的分析和修改奠定了基础。此外，通过使用大粒径的微米级SiO2作为稳定的占用剂，引导二氧化硅颗粒之间建立凝胶结构，然后用强碱热溶液将二氧化硅原位溶解，扩大PAA凝胶的原有孔径。因此，孔径扩大使得凝胶内部的骨架结构变得松散，减少了凝胶骨架结构在离子传输过程中像“墙”一样阻碍离子传输路径导致能量损失的结构数量，并大大提高了凝胶的离子导电性，使其接近“准液态凝胶”，最终提高了柔性锌空气电池的工作性能，尤其是在大电流工况下。通过这种方法，将少量未反应的SiO2作为额外的保水剂和增塑剂，提高保水率，同时在一定程度上弥补了吸水率增加后对力学性能的不利影响。在优化SiO2的添加比例后，改性凝胶的离子电导率峰值可以达到惊人的562.6 mS cm-1，基于其制备的柔性锌空气电池峰值功率密度达到154.48 mW cm-2。在10 mA cm-2的高电流密度条件下，电位差减小，性能稳定，寿命得到一定程度的提高。这些结果表明，该方法有效地提高了柔性锌空气电池的功率性能，是解决柔性锌空气电池功率差问题的可行方法。该文章发表在国际顶级期刊Advanced Functional Materials上。北京理工大学王克亮副教授课题组硕士研究生商诺为本文第一作者。
图1 改性凝胶低内阻机理