中国科学家攻克水系电池寿命难题：低成本覆膜技术实现锌阳极超长寿命，南通大学为新能源储能提供“中国方案”

水系锌金属电池(AZMBs)因为具有高安全性、低成本、高理论比容量(820mAh g−1或5855 mAh cm−3)和低氧化还原电位(-0.76 V vs. SHE)等优点，被认为是一种非常有前景的储能体系。然而，锌金属阳极存在枝晶生长、析氢反应、腐蚀等问题，这些问题导致锌阳极的可逆性和稳定性难以令人满意，从而限制了水系锌金属电池的应用。

人工固体电解质界面层(ASEI)被证明是减少副反应以及促进锌均匀的沉积的有效策略。迄今为止，金属涂层、无机非金属涂层、碳基涂层、有机涂层、和复合涂层等各种ASEI，已被尝试用于锌阳极保护，其中有机聚合物涂层因其成本低、制备简单、柔韧性以及与锌阳极的界面接触较好，被认为是非常有前景的ASEI。然而，由于传统聚合物的低离子电导率和缺乏离子扩散通道，Zn2+在致密聚合物涂层中展现出缓慢的扩散动力学，这会很大程度增加电压滞后并影响锌的沉积/剥离行为，尤其是在高电流密度下。

鉴于此，南通大学宾端/陆洪彬教授、南京大学孟祥康教授、之江实验室李云松教授受天然皮肤多孔保护层的启发，采用简单低成本的相转化法在锌阳极构建了一层多孔聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)保护层。借助具有电绝缘性能和高度亲锌性的PMMA抑制副反应并促进均匀沉积，同时利用多孔结构提供扩散通道并增强反应动力学。得益于多孔PMMA涂层的保护和对离子迁移的调节，由改性的Zn阳极组装的对称电池在的条件下展现了超过4000小时的超长寿命，并在高电流密度和高容量(20 mA cm−2和20 mAh cm−2)下表现出120小时的卓越稳定性。同时，Zn||porous PMMA-Cu非对称电池在1 mA cm−2和1 mAh cm−2条件下展现了1000次长循环寿命以及高达99.8%的平均库伦效率(CE)。此外，PMMA-Zn||NH4V4O10 全电池在5 A g−1展现出超过5000次循环的优异稳定性。这项工作中的实用低成本的方法拓宽了传统聚合物在锌阳极保护中的应用。成果以“Phase Inversion-Induced Porous Polymer Coating for High Rate and Stable Zinc Anode”在线发表于Advanced Functional Materials期刊上。

来源：李文斌