近日，我院先进材料与能源器件团队在水系锌离子电池研究领域取得新进展。相关工作“Interface Engineering of Electron-Ion Dual Transmission Channels for Ultra-Long Lifespan Quasi-Solid Zinc-Ion Batteries”发表在知名期刊《Energy StorageMaterials》，我院硕士研究生王登科为论文第一作者，朱前程博士、张文明教授、河北农业大学赵丹阳博士为共同通讯作者。
水系锌离子电池（AZIBs）具有低成本、高安全、容量高等优点，被认为是未来新型储能系统的有力竞争者，但水性电解液的使用会导致锌枝晶的生长和副反应的发生，严重制约锌离子电池的商业化进程。以往的研究发现水凝胶电解质能够通过官能团和水键合，减少高活性水含量，调控锌离子溶剂化结构，从而在一定程度上抑制水分解和副反应的发生。然而，由于较差的离子传输动力学，水凝胶电解质在充放电过程中往往会发生严重的极化，难以实现快速充放电的实际应用需求；此外，电解质/锌界面处无序的锌离子迁移往往会造成不均匀的锌沉积，导致锌枝晶的形成。为解决以上难题，先进材料与能源器件团队在该工作中使用PEDOT:PSS聚合物在海藻酸钠凝胶电解质表面成功构建了离子、电子双传输通道。研究发现PEDOT链通过共轭π-π键提供电子转移通道，并促进Zn沉积/剥离过程中的快速电荷交换。线性PSS聚合物链可以通过-SO3-基团与Zn2+离子之间的静电相互作用提供离子传输通道，加速Zn2+离子的迁移。得益于离子、电子双传输通道设计，该工作实现了在高电流密度下的锌沉积/剥离（50 mA cm-2）。此外，使用该种凝胶电解质的Zn//Zn对称电池在电流密度为1 mA cm-2,容量为1 mAh cm-2条件下实现了6750 h（>9 month）的超长寿命，组装的Zn//MnO2全电池能够稳定循环4000次。该工作为高性能水凝胶电解质的在水系锌离子电池领域的应用研究提供了新思路，也为锌离子电池的商业化应用奠定了技术基础。
该研究工作得到了国家自然科学基金项目、河北省青年拔尖项目，河北省自然科学基金项目、河北省留学人员资助项目和河北大学高层次人才启动基金的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ensm.2024.103903
