国产精品日日摸夜夜添夜夜添无码_亚洲国产成人精品无码区99_蜜桃秘做爰免费网站_国产一区二区不卡视频_精品人人槡人妻人人玩_色777狠狠狠综合伊人_日日夜夜嫩草_国产精品无码久久久_国产精品无码久久久久av_五月天堂婷婷爱_久草资免费资源_羞羞答答综合网_又湿又紧又爽视频免费软件_每日更新日韩精品_欧美精品18videosex性欧_橙人精品在线观看

  面對(duì)環(huán)境惡化和化石燃料儲(chǔ)備日漸消耗的困境，現(xiàn)代社會(huì)對(duì)清潔和可持續(xù)能源的需求尤為迫切。水系鋅離子電池（ZIBs）由于其元素儲(chǔ)量豐富、不易燃、低毒、高能量密度，環(huán)境友好和易于制造的工藝等特點(diǎn)被認(rèn)為是下一代能源存儲(chǔ)系統(tǒng)的理想選擇。然而，鋅電極表面的枝晶生長(zhǎng)和副反應(yīng)（如腐蝕、析氫反應(yīng)）顯著降低ZIBs的庫(kù)倫效率和循環(huán)穩(wěn)定性，阻礙了其實(shí)際應(yīng)用的價(jià)值及可行性。誘導(dǎo)電化學(xué)過(guò)程中鋅離子沿(002)晶面外延沉積是提高鋅負(fù)極可逆性有效策略，但現(xiàn)有的方法主要通過(guò)液態(tài)電解質(zhì)中的離子誘導(dǎo)或者引入石墨烯誘導(dǎo)：前者易于泄露，不能平衡高電化學(xué)性能與安全性的問(wèn)題；而后者工藝相對(duì)復(fù)雜并且不易匹配當(dāng)前柔性可穿戴器件的高安全性、低成本及多樣化要求。因此，如何開發(fā)一種能夠驅(qū)動(dòng)鋅離子均質(zhì)外延沉積以提供高電化學(xué)性能并能用于集成柔性器件的材料是當(dāng)前推進(jìn)ZIBs進(jìn)一步發(fā)展面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

  東華大學(xué)武培怡課題組前期圍繞優(yōu)化電解質(zhì)結(jié)構(gòu)以穩(wěn)定鋅負(fù)極領(lǐng)域已經(jīng)開展了一些工作：從調(diào)控鋅離子沉積動(dòng)力學(xué)角度出發(fā)，將低成本的DMSO作為電解液添加劑同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)鋅離子溶劑化結(jié)構(gòu)和體系氫鍵的調(diào)控，改善了電化學(xué)過(guò)程中鋅離子的成核行為，延長(zhǎng)了ZIBs的壽命，拓寬了電池的工作溫度范圍（Small 2021, 17, 2103195）；從優(yōu)化電極與電解質(zhì)界面的角度出發(fā)，利用可生物降解的再生纖維素制備具有界面自適應(yīng)粘塑性凝膠電解質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了電解質(zhì)與電極界面的“互鎖”，并通過(guò)調(diào)控鋅離子的溶劑化結(jié)構(gòu)，引導(dǎo)鋅的同質(zhì)外延均勻沉積（Nano Res. 2021, DOI : 10.1007/s12274-021-3770-8）。

  近期，該研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)將兩性離子單體3-(1-vinyl-3-imidazolio) propanesulfonate （VIPS）引入到細(xì)菌纖維素（BC）基網(wǎng)絡(luò)中，開發(fā)了機(jī)械增強(qiáng)型的多官能團(tuán)（磺酸和咪唑基團(tuán)）的柔性凝膠電解質(zhì)（PZIB gel electrolyle），提出了高分子聚合物官能團(tuán)調(diào)控鋅沉積的晶體取向的策略，成功誘導(dǎo)Zn²⁺均勻生長(zhǎng)為無(wú)枝晶結(jié)構(gòu)。與常規(guī)單策略調(diào)控電化學(xué)過(guò)程中鋅晶體成核策略不同，官能化的柔性凝膠電解質(zhì)可以多方面協(xié)同實(shí)現(xiàn)對(duì)鋅負(fù)極的穩(wěn)定：一方面，凝膠電解質(zhì)中帶電基團(tuán)不僅為鋅離子的高效遷移構(gòu)筑通道，還可以均勻鋅負(fù)極的界面電場(chǎng)，優(yōu)化Zn²⁺的沉積動(dòng)力學(xué)，誘導(dǎo)電化學(xué)沉積過(guò)程中Zn(002)晶面優(yōu)先生長(zhǎng)。另一方面，Zn²⁺的溶劑化結(jié)構(gòu)被帶電基團(tuán)重構(gòu)，進(jìn)一步消除了循環(huán)過(guò)程中的副反應(yīng)�；趦尚噪x子帶電官能團(tuán)的協(xié)同調(diào)控作用，PZIB凝膠電解質(zhì)結(jié)構(gòu)提供了高離子電導(dǎo)率（21.88 mS cm^-1）和Zn²⁺遷移數(shù)（0.74）；在高電流密度7.5 mA cm^-2下，Zn/Zn電池累計(jì)容量高達(dá)3000 mA h cm^-2，顯著高于液態(tài)電解質(zhì)及目前大多數(shù)用于穩(wěn)定鋅負(fù)極的策略所報(bào)道的電化學(xué)性能。同時(shí)，基于PZIB凝膠電解質(zhì)組裝的柔性器件可以適用于各種機(jī)械變形并提供穩(wěn)定的高電化學(xué)性能。這項(xiàng)工作為電化學(xué)過(guò)程中調(diào)控鋅沉積的成核晶體提供了新的見(jiàn)解，并為設(shè)計(jì)安全、實(shí)用、可穿戴的高性能水系鋅基儲(chǔ)能設(shè)備提供新的思路。

圖1. 液態(tài)電解質(zhì)(a)及PZIB凝膠電解質(zhì)(b)誘導(dǎo)Zn²⁺沉積示意圖

  作者通過(guò)在BC膜上一步原位光聚VIPS單體制備PZIB凝膠電解質(zhì)。其中，BC膜為凝膠電解質(zhì)提供機(jī)械支撐，而PVIPS鏈貫穿于BC網(wǎng)絡(luò)中，為凝膠電解質(zhì)提供官能化。X-射線光電子能譜、核磁共振譜、拉曼光譜及紅外光譜顯示出PZIB凝膠電解質(zhì)中鋅離子的溶劑化結(jié)構(gòu)[Zn(H₂O)₆]²⁺被PVIPS上的帶電基團(tuán)（SO₃^-）重構(gòu)為R-SO₃^- [Zn(H₂O)₄]²⁺ -SO₃^-R，這將改善鋅離子的沉積動(dòng)力學(xué)，并進(jìn)一步減少由水引發(fā)的一系列副反應(yīng)。

圖2. PZIB凝膠電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)表征

  電化學(xué)測(cè)試表明，即使在較大的電流密度下（5mA cm^-2，7.5mA cm^-2），由PZIB凝膠電解質(zhì)組裝的Zn/Zn對(duì)稱電池可以穩(wěn)定運(yùn)行超過(guò)數(shù)百小時(shí)，展現(xiàn)了良好的鋅負(fù)極的可逆性。由PZIB凝膠電解質(zhì)組裝的Zn/Cu電池展現(xiàn)出較高的庫(kù)倫效率（99.6%），顯著優(yōu)于液態(tài)電解質(zhì)，表明PZIB凝膠電解質(zhì)在誘導(dǎo)鋅離子無(wú)枝晶沉積、均勻界面電場(chǎng)和抑制副反應(yīng)方面的作用。

圖3. PZIB凝膠電解質(zhì)的電鍍/剝離電化學(xué)性能

  作者通過(guò)LSV、Tafel、XRD、SEM及DFT等深入探究PZIB凝膠電解質(zhì)對(duì)枝晶及副反應(yīng)的抑制機(jī)制。與液態(tài)電解質(zhì)相比，PZIB凝膠電解質(zhì)展現(xiàn)了更寬的電化學(xué)穩(wěn)定窗口，說(shuō)明了PZIB凝膠電解質(zhì)較高的電化學(xué)穩(wěn)定性。LSV及Tafel測(cè)試證明了PZIB凝膠電解質(zhì)對(duì)電化學(xué)過(guò)程中析氫（低響應(yīng)電流相比于液態(tài)電解質(zhì)）及腐蝕副反應(yīng)（高腐蝕電位相比于液態(tài)電解質(zhì)）的抑制。XRD（循環(huán)過(guò)程中002晶面的峰逐漸增強(qiáng)）及SEM（平行生長(zhǎng)的六邊形結(jié)構(gòu)）證實(shí)了PZIB凝膠電解質(zhì)促進(jìn)循環(huán)過(guò)程中Zn（002）晶面的優(yōu)先生長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋅枝晶生長(zhǎng)的抑制。DFT結(jié)果表明VIPS中咪唑基團(tuán)與SO₃^-基團(tuán)協(xié)同促進(jìn)（002）晶面形成。

圖4. PZIB凝膠電解質(zhì)對(duì)鋅枝晶及副反應(yīng)的抑制機(jī)制

  為了進(jìn)一步證明PZIB凝膠電解質(zhì)在鋅離子電池上的優(yōu)越性，對(duì)離子電導(dǎo)率和Zn²⁺遷移數(shù)進(jìn)行了表征。PZIB凝膠電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率和遷移數(shù)（21.88 mS cm^-1，0.74）遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于液體電解質(zhì)（9.75 mS cm^-1，0.44），這歸因于PZIB凝膠電解質(zhì)對(duì)枝晶及副反應(yīng)的抑制。PZIB凝膠電解質(zhì)組裝的Zn/MnO₂全電池電展現(xiàn)出了較高的倍率性能（1 C，2 C，5 C，10 C，20 C的電流密度下容量分別達(dá)到了230，196，159，130，107 mA h g^-1）和較穩(wěn)定的循環(huán)性能（5 C, 150 mA h g^-1）。另外，采用液態(tài)電解質(zhì)Zn/MnO₂全電池循環(huán)后鋅負(fù)極表面顯示明顯的枝晶和“死鋅”，而采用PZIB凝膠電解質(zhì)的循環(huán)后的Zn負(fù)極呈現(xiàn)出無(wú)枝晶的002晶面。

圖5. PZIB凝膠電解質(zhì)組裝的Zn/MnO₂全電池電化學(xué)性能

  同時(shí)，為了展現(xiàn)PZIB凝膠電解質(zhì)在柔性可穿戴設(shè)備上的的實(shí)際應(yīng)用潛能，作者進(jìn)一步組裝了柔性器件。通過(guò)電化學(xué)測(cè)試，作者發(fā)現(xiàn)由PZIB凝膠電解質(zhì)集成的柔性器件在各個(gè)彎曲角度下展現(xiàn)出優(yōu)越的平穩(wěn)性和較高的容量。通過(guò)破壞實(shí)驗(yàn)（錘擊、刺穿、切割）證實(shí)了PZIB凝膠電解質(zhì)集成的柔性器件的高安全性能。

圖6. PZIB凝膠電解質(zhì)集成的柔性器件性能

  以上研究成果近期以“Gel Electrolyte Constructing Zn (002) Deposition Crystal Plane Toward Highly Stable Zn Anode” 為題，發(fā)表在《Advanced Science》，（Adv. Sci. 2022， DOI: 10.1002/advs.202104832）上。東華大學(xué)化學(xué)化工與生物工程學(xué)院武培怡教授和焦玉聰研究員為論文共同通訊作者。

  該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和上海市自然科學(xué)基金的資助與支持。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202104832