Dipole Moment Dictates the Preferential Immobilization in Gel Electrolytes for Ah‐level Aqueous Zinc‐Metal Batteries

电解质 水溶液 磺酸盐 聚合物 无机化学 金属 电化学 化学 材料科学 高分子化学 化学工程 电极 有机化学 物理化学 工程类
作者
Sam Zhang,Huaisheng Ao,Jingjing Dong,Dongdong Wang,Chenggang Wang,Xijin Xu,Zhiguo Hou,Jian Yang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
被引量:14
标识
DOI:10.1002/anie.202414702
摘要

Aqueous Zn‐metal batteries are of great interest due to their high material abundance, low production cost, and excellent safety. However, they suffer from severe side reactions and notorious dendrite growth closely related to electrolytes. Here, in‐situ generated zwitterionic polymers are used as gel electrolytes to overcome these problems. It is shown that anions and H2O, but not anions and cations, are preferentially immobilized at different sites of zwitterionic polymers, facilitating the free migration of Zn2+ and reducing the side reactions. This immobilization can be associated with the dipole moment of zwitterionic polymers. As a result, poly[3‐dimethyl(methacryloyl oxyethyl) ammonium propane sulfonate] (PDMAPS) stands out from a series of zwitterionic polymers and outperforms the other candidates in electrochemical performance. The symmetric cells using PDMAPS smoothly operate ~9000 h at 0.5 mA cm‐2 for 0.5 mAh cm‐2, much better than the controls. Moreover, PDMAPS enables an Ah‐level pouch cell for continuous cycling. These results not only benefit the rational molecular design of advanced electrolytes, but also demonstrate the promising potential of zwitterionic polymers in aqueous Zn‐metal batteries.
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