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Achieving a Reversible and Durable Zn Anode Using the Polyzwitterionic Hydrogel Electrolyte for Efficient Zn-Ion Energy Storage
ACS Applied Polymer Materials ( IF 4.4 ) Pub Date : 2023-11-20 , DOI: 10.1021/acsapm.3c02124 Liheng Xie 1 , Yuexin Liang 1 , Zhiyu Wang 2 , Wentao Zhang 1 , Fengjiao Guo 1, 2 , Xiaqing Chang 1 , Hongyu Mi 1 , Jieshan Qiu 3
ACS Applied Polymer Materials ( IF 4.4 ) Pub Date : 2023-11-20 , DOI: 10.1021/acsapm.3c02124 Liheng Xie 1 , Yuexin Liang 1 , Zhiyu Wang 2 , Wentao Zhang 1 , Fengjiao Guo 1, 2 , Xiaqing Chang 1 , Hongyu Mi 1 , Jieshan Qiu 3
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Rechargeable aqueous Zn-ion hybrid supercapacitors (ZHSCs), featuring high safety, ecofriendliness, and cost effectiveness, have been regarded as a compelling complement to traditional lithium-ion batteries and have attracted increasing attention. However, the notorious dendrite growth and side reactions reduce the durability and reversibility of the Zn anode, causing a serious challenge for the application of ZHSCs. Herein, a polyzwitterionic P(HEA-co-SBMA)-based hydrogel electrolyte (denoted as PHSHE) for highly reversible Zn plating/stripping is fabricated to tackle tricky issues of Zn anodes and achieve high-performance ZHSCs. The zwitterionic groups carried by the polymer chains construct ion migration channels to facilitate ion migration, endowing the PHSHE with high ionic conductivity and Zn2+ transference number. Experimental findings reveal that the PHSHE can promote even Zn deposition and restrain side reactions. Accordingly, Zn anodes can be operated steadily in the PHSHE-intensified Zn//Cu cell for 650 cycles and Zn//Zn cell for 400 h. Furthermore, the quasi-solid-state ZHSC based on the PHSHE delivers a high capacity retention (80.8% after 14,000 cycles), mechanical flexibility, and application feasibility. This study is a step forward for stable Zn-based energy storage enabled by polyzwitterionic hydrogel electrolytes.
中文翻译：
使用多两性离子水凝胶电解质实现可逆且耐用的锌阳极，以实现高效的锌离子储能
可充电水系锌离子混合超级电容器（ZHSC）具有高安全性、环保性和成本效益等特点，被认为是传统锂离子电池的有力补充，并受到越来越多的关注。然而，臭名昭著的枝晶生长和副反应降低了锌负极的耐久性和可逆性，给ZHSCs的应用带来了严峻的挑战。在此，制备了一种用于高度可逆镀锌/剥离的聚两性离子 P(HEA- co -SBMA) 基水凝胶电解质（表示为 PHSHE），以解决锌阳极的棘手问题并实现高性能 ZHSC。聚合物链携带的两性离子基团构建离子迁移通道，促进离子迁移，赋予PHSHE高离子电导率和Zn 2+迁移数。实验结果表明，PHSHE 可以促进锌的均匀沉积并抑制副反应。因此，锌阳极可以在 PHSHE 强化 Zn//Cu 电池中稳定运行 650 个循环，在 Zn//Zn 电池中稳定运行 400 小时。此外，基于 PHSHE 的准固态 ZHSC 具有高容量保持率（14,000 次循环后为 80.8%）、机械灵活性和应用可行性。这项研究是通过聚两性离子水凝胶电解质实现稳定的锌基储能的一步。
更新日期：2023-11-20
中文翻译：
使用多两性离子水凝胶电解质实现可逆且耐用的锌阳极，以实现高效的锌离子储能
可充电水系锌离子混合超级电容器（ZHSC）具有高安全性、环保性和成本效益等特点，被认为是传统锂离子电池的有力补充，并受到越来越多的关注。然而，臭名昭著的枝晶生长和副反应降低了锌负极的耐久性和可逆性，给ZHSCs的应用带来了严峻的挑战。在此，制备了一种用于高度可逆镀锌/剥离的聚两性离子 P(HEA- co -SBMA) 基水凝胶电解质（表示为 PHSHE），以解决锌阳极的棘手问题并实现高性能 ZHSC。聚合物链携带的两性离子基团构建离子迁移通道，促进离子迁移，赋予PHSHE高离子电导率和Zn 2+迁移数。实验结果表明，PHSHE 可以促进锌的均匀沉积并抑制副反应。因此，锌阳极可以在 PHSHE 强化 Zn//Cu 电池中稳定运行 650 个循环，在 Zn//Zn 电池中稳定运行 400 小时。此外，基于 PHSHE 的准固态 ZHSC 具有高容量保持率（14,000 次循环后为 80.8%）、机械灵活性和应用可行性。这项研究是通过聚两性离子水凝胶电解质实现稳定的锌基储能的一步。
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