Bonding interaction regulation in hydrogel electrolyte enable dendrite-free aqueous zinc-ion batteries from −20 to 60 °C

电解质 法拉第效率 离子电导率 水溶液 化学工程 电化学 电池(电) 无机化学 化学 材料科学 电极 有机化学 冶金 物理化学 工程类 物理 功率(物理) 量子力学
作者
Tingting Wei,Yingke Ren,Zhaoqian Li,Xianxi Zhang,Denghui Ji,Linhua Hu
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:434: 134646-134646 被引量:129
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.134646
摘要

Aqueous zinc-ion batteries are promising energy storage devices due to their safety and abundant resources. However, the leakage, dendrites, and poor performance at high and low temperatures seriously limit the practical application. Hydrogel electrolyte with plenty of water and high flexibility is an ideal candidate for the liquid electrolyte. Here, we present a functional gel electrolyte composed of polyacrylamide (PAM), ZnSO4 (ZS), glycerol (GL), and acetonitrile (AN) with excellent mechanical properties, high ionic conductivity, and modulated bonding interaction. FTIR and DFT calculations show that the water activity is extremely decreased and the bonding interaction in this system is adjusted owing to the affinity between H2O/Zn2+ and oxygen-containing groups in the hydrogel, leading to the uniform Zn deposition, high stability, and wide operating temperature range (−20 ∼ 60 °C). The batteries with gel electrolyte exhibit high cycling stability (Zn//Zn battery steadily cycles over 3000 h), high reversibility (Coulombic efficiency reaches 99.5%), and enhanced electrochemical performance (185 mAh·g−1 at 5 A·g−1 over 10,000 cycles). Even at −20 °C and 60 °C, the batteries show excellent cycling stability (Zn//Zn battery cycles over 500 h) and high capacity performance.
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