近日，我院先进材料与能源器件团队在固态锌电研究方面取得进展。相关工作“Enhancing Zinc Ion Transport Kinetics in Solid-State Zinc Batteries via an Internal/Surface Dual Acceleration Strategy”发表在国际著名储能期刊《Nano Letters》（DOI：10.1021/acs.nanolett.5c01076.），硕士生孙国兵、崔子洋为论文共同一作，朱前程博士、张文明教授和电子科技大学张泽展博士为共同通讯作者。
水性锌离子电池（AZIBs）具有高安全、低成本、高容量等优势，被认为是下一代储能系统的替代品。然而，水系电解液中的活性水会诱发锌离子在沉积过程中产生严重的树枝状晶体和副产物，从而造成电池寿命的衰退和失效，严重阻碍了锌电池的商业化发展进程。采用水凝胶电解质可以通过减少水的含量和调节Zn2+离子的溶剂化结构来延长AZIBs的寿命。遗憾的是，水凝胶电解质仍然含有大量的水，水的比重通常约为300%。因此，无论是在水性液体电解质还是水凝胶电解质中，高活性水分子仍然是延长锌离子电池使用寿命的难题。在此背景下，近年来报道的固体聚合物电解质（SPE）由于其近乎无水的性质，在实现高灵活性和高稳定性的AZIBs方面具有巨大的潜力。然而，SPE中超低的水含量使得锌离子传输受到极大的阻碍，从而导致了固态锌离子电池的低离子电导、电极极化、高充放电过电位等动力学问题。
基于固态锌离子电池的挑战，先进材料与能源器件团队提出了一种新型的双层固态电解质，来实现电解质内部和电极界面的离子传输双加速策略。一方面，填充金属有机框架CALF-20的PEO杂化凝胶与CF₃SO3-阴离子表现出强烈的相互作用，从而促进了Zn2+的解离和传输；另一方面，外层单独的CALF-20能够富集Zn2+离子，具有丰富的传输路径和较低的Zn2+迁移能量势垒，这在电解质和电极界面进一步加速了锌离子的迁移。这种内部/表面双加速策略使得BSSE提供了较高的离子电导率和Zn2+迁移数。Zn//Zn对称电池和Zn//MnO2全电池均表现出明显的循环寿命延长，在采用商用电极材料情况下，全电池能够获得超过1000次循环寿命，该工作为固态锌离子电池的应用奠定了研究基础。
以上工作得到国家自然科学基金青年基金、河北省教育厅青年拔尖项目、河北省自然科学基金、河北省留学回国人员资助和河北大学高层次人才引进项目的支持。
文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.5c01076
