迈向可持续储能：评估用于锌离子电池的聚合物电解质
材料科学
2025-05-06 v1 系统与控制
系统与控制
摘要
聚合物电解质为应对水系电解质在储能系统中带来的挑战提供了一种有前景的解决方案，能够满足可穿戴电子设备所需的柔韧性。尽管基于聚合物电解质的锌离子电池（ZIBs）日益受到关注，但由于面临诸多挑战，其发展仍处于早期阶段。在本研究中，我们制备了三种有前景的聚合物电解质：CSAM（羧甲基壳聚糖与丙烯酰胺单体）、PAM（聚丙烯酰胺单体水凝胶电解质）和 p-PBI（磷酸（PA）掺杂的聚苯并咪唑），并分别与 Zn(ClO4)2 和 Zn(OTf)2 搭配，用于锌离子电池。我们的结果表明，PAM 水凝胶电解质在长循环后表现出极低的层状双氢氧化物（LDH）形成，证明其对锌箔具有有效保护作用，而 p-PBI 膜的高机械稳定性通过形成 LDH 提供了持久的抗短路耐久性。CSAM 中羧基的存在以及 O-H 键的形成促进了离子移动，从而提高了离子电导率并防止了枝晶形成。将这些水凝胶与高性能锌盐（如三氟甲磺酸锌（Zn(OTf)2））结合，展现出令人瞩目的稳定性，使用 CSAM 的对称电池在 1 mA/cm² 电流密度下表现出超过 4000 小时的均匀稳定电压曲线和约 53 mV 的低过电位。与 CSAM-T 和 PAM-T 相比，采用 PBI-T 膜的全电池表现出最高的耐久性和容量，这归因于阴极中用于储存锌的自由质子具有更高的可用性。
引用
@article{arxiv.2505.01890,
title = {Towards Sustainable Energy Storage: Evaluating Polymer Electrolytes for Zinc Ion Batteries},
author = {Roya Rajabi and Shichen Sun and Booker Wu and Jamil Khan and Kevin Huang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2505.01890},
year = {2025}
}