Angew. Chem. ：在Zn//V2O5体系中同步实现致密的锌沉积和打破的副反应循环

与目前商业化的锂离子电池相比，使用水系电解质的锌基二次电池因其成本低廉、能量密度高及环境可持续等特点而成为下一代储能体系的理想选择。然而，各种障碍（如不稳定的电极、腐蚀性的电解质和不合适的电池系统匹配等）严重阻碍了它们的发展。以Zn阳极耦合V₂O₅阴极的Zn//V₂O₅电池体系而言，其不仅面临着Zn阳极的枝晶生长和腐蚀钝化等问题，阴极侧热力学不稳定产生的副反应产物也会穿梭到Zn阳极侧，引发电极间的串扰效应，从而加剧电池的失效。

受锂硫电池中凝胶聚合物电解质被采用来限域多硫化物穿梭效应的启发。近日，北京理工大学陈人杰教授、黄永鑫副教授团队将生物友好材料—黄原胶引入到ZnSO₄基水系电解质中，构筑了水凝胶电解质体系来解耦Zn//V₂O₅体系中交互干扰的电极间的串扰行为。同时，针对常规水凝胶电解质中离子电导率低、阴离子迁移数高等难题，作者还同步将具有阴离子锚定作用的六方氮化硼作为无机填料引入到水凝胶电解质中，实现了快速Zn²⁺传导水凝胶电解质体系的构筑，改善了锌沉积行为。

图1 快Zn²⁺传导水凝胶电解质中的离子输运特性及其对Zn沉积形貌的调控

聚合物基质和无机填料对SO₄^2-具有较强的键和作用，促使了Zn²⁺-SO₄^2-的解离，在增加Zn²⁺可转移数的同时还束缚了SO₄^2-的迁移，从而降低了界面处Zn²⁺的浓度梯度，促使了致密的锌沉积行为。

图2 快Zn²⁺传导水凝胶电解质解耦Zn//V₂O₅体系中的串扰效应

凝胶电解质对阴极侧热力学不稳定产生的可溶性中间体有很好的限域作用，解耦了Zn//V₂O₅体系中交互干扰的串扰行为，打破了Zn//V₂O₅体系中循环往复的副反应循环链。

图3 基于水凝胶电解质的Zn//V₂O₅电池的电化学性能及器件展示

得益于其加速的Zn²⁺传输动力学和打破的副反应循环，基于快Zn²⁺传导水凝胶电解质的全电池展示出了优异的循环性能。基于该凝胶电解质所制备的柔性结构软包电池展现出良好的极端环境耐受能力，在折叠、针刺、剪裁条件下仍能稳定运行。

在本工作中，作者团队通过快速Zn²⁺传导的水凝胶电解质的更迭，实现了Zn//V₂O₅体系中的锌沉积调控和串扰效应的抑制，打破了Zn//V₂O₅体系中周而复始的副反应循环链。该研究所制备的水凝胶电解质可完美契合结构定制化电池的需求，为构建高性能、多功能的水系锌离子电池提供了一种前景广阔的凝胶化学方法。

论文信息

Toward Simultaneous Dense Zinc Deposition and Broken Side-Reaction Loops in the Zn//V₂O₅ System

Huirong Wang, Anbin Zhou, Zhengqiang Hu, Xin Hu, Fengling Zhang, Zhihang Song, Prof. Yongxin Huang, Prof. Yanhua Cui, Prof. Yixiu Cui, Prof. Li Li, Prof. Feng Wu, Prof. Renjie Chen

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202318928