Sulfonated hydrogel electrolyte enables dendrite-free zinc-ion batteries

电解质 材料科学 阳极 离子电导率 法拉第效率 化学工程 电导率 电化学 极限抗拉强度 电化学窗口 复合材料 电极 化学 工程类 物理化学
作者
Yingqi Hu,Zhan Wang,Yingzhi Li,Peiwen Liu,Xinlong Liu,Guangxian Liang,Di Zhang,Xin Fan,Zhouguang Lu,Wenxi Wang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:479: 147762-147762 被引量:58
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.147762
摘要

Metallic Zn anode is plagued by severe side reactions and dendrite growth, preventing the commercial development of Zn-ion batteries (ZIBs). Semi-solid state hydrogel electrolyte has received immense attention in aqueous Zn-ion batteries due to their intrinsic advantages (e.g., wider electrochemical windows, good interfacial compatibility, and multi-functional applications). However, their inferior ionic conductivity and mechanical deformation tolerance are the main barriers to realizing the true application in ZIBs. Herein, a hydrogel electrolyte with high ionic conductivity and high flexibility is fabricated through sulfonated chitosan and further cross-linking with polyacrylamide. Accordingly, the ion conductivity of the hydrogel electrolyte increases from 28.2 to 38.1 mS cm−1, whilst tensile strength is elevated from 19.1 to 54.2 kPa. With this hydrogel electrolyte, the Zn||Zn symmetric cells show exceptional cycle stability over 2600 h at the current density of 1 mA cm−2, and the Zn||Cu asymmetric cells demonstrate nearly 100 % coulomb efficiency over 1200 cycles. In addition, NH4V4O10||Zn full cells enable capacity retention of as high as 96.1 % even over 500 cycles, and the as-assembled flexible batteries can stand bending, twisting, and cutting operation without comprising the electrochemical performance.
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