锌离子电池：“一石三鸟”的一体化电极策略 | NSR

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近日，中南大学周江教授、梁叔全教授等在《国家科学评论》（National Science Review, NSR）发表文章，将结构设计、界面调控、电解质优化等锌负极改性策略集成为一体，提出了一种新型电解质与金属锌负极结合的一体化三维电极系统（all-in-one, AIO），提升了锌离子电池性能，并为其他金属基负极研究提供可行思路。

高稳定锌负极是实现高性能锌离子电池的重要保障。目前，改善锌金属负极的主要策略包括结构设计、界面调控和电解质优化，这三种策略各有优势，但同时也会引起一些负面效应：

• 3D结构会增大析氢、腐蚀速率；

• 界面调控会增大内阻；

• 凝胶电解质是柔性锌离子器件的不二选择，可实现自修复、耐低温等功能，但其流动性差，与电极处于“点接触”状态，难以适应循环中的电极体积效应和调控功能。

因此，该团队曾在相关综述文章（Energy Environ. Mater. 2020, 3, 146-159）中指出，锌负极的改性方向之一是实现多种策略的复合交融，扬长避短，得到理想的电极材料。

得益于这一想法，在这项研究中，作者集结构设计、界面调控、电解质优化策略于一体，设计了一体化三维电极系统（all-in-one, AIO），获得了良好的效果。

新型AIO电极保留了传统3D负极的优点，同时可以有效抑制气体析出和活性水分子引起的副反应，拓展电解质的电化学稳定窗口。

该策略还实现了足够的电极/电解质界面接触面积，构筑了全新的紧密电极/凝胶电解质离子传输通道，促进电极高速的电子/离子转移，确保氧化还原反应的快速和充分进行。

同时，AIO电极也缓解了电极的体积效应和界面应力问题，从而获得了更优异的锌沉积/剥离稳定性和电化学性能。

实验证明，该电极具有优异的静置恢复能力(60h)，并能实现1200次长稳定循环且无明显极化发生。基于AIO系统、以NH₄V₄O₁₀和α-MnO₂分别为正极的全电池表现出良好的稳定性和倍率性能。

该项研究所提出的一体化改性策略，将为目前锌金属负极中缓慢的离子迁移和界面副反应等问题提供新的解决办法，促进锌基电池的快速发展，并为其他金属基负极研究提供可行思路。

点击“阅读原文”查看论文原文。

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