1、研究內(nèi)容

金屬空氣電池，如鋅-空氣電池（ZABs），具有高能量密度、優(yōu)異的經(jīng)濟性和環(huán)境友好性，被認為是下一代儲能和轉換系統(tǒng)中最有潛力的一種能源裝置。作為電池的關鍵部件，電解質(zhì)決定了正極和負極的離子傳輸和界面化學。

華中科技大學夏寶玉教授課題組開發(fā)了一種由聚丙烯酰胺（PAM）、海藻酸鈉（SA）和碘化鉀（KI）組成的新型雙網(wǎng)絡結構水凝膠電解質(zhì)（PAM/SA/KI），其具有優(yōu)異的離子電導率、機械柔韌性和保水能力。用于固態(tài)鋅-空氣/碘化物混合電池后表現(xiàn)出優(yōu)異的可再生性和110小時的長循環(huán)壽命和80%的高能效。相關工作以“Dual-Network Structured Hydrogel Electrolytes Engaged Solid-State Rechargeable Zn-Air/Iodide Hybrid Batteries”為題發(fā)表在Angewandte Chemie International Edition上。

2、研究要點

要點1. PAM/SA/KI水凝膠的離子交聯(lián)雙網(wǎng)絡結構使其具有更高的機械強度和更高的離子電導率。此外，碘的引入不僅提供了比氧電催化更有利的碘化物/碘酸鹽氧化還原的陰極動力學，還調(diào)節(jié)了鋅離子的溶劑化結構以確保更好的界面穩(wěn)定性。

要點2. 作為電池的關鍵部件，PAM/SA/KI水凝膠電解質(zhì)實現(xiàn)了新型高性能鋅空氣/碘化物混合電池，在密封系統(tǒng)中具有110 h的長循環(huán)穩(wěn)定性，并實現(xiàn)了80%的高能效，即使在可再生過程中。

要點3. PAM/SA/KI雙網(wǎng)絡水凝膠結構顯示出優(yōu)異的保水能力、離子電導率和機械柔韌性。此外，碘的引入在陰極提供了更有利的碘化物/碘酸鹽氧化還原動力學，這使得ZAB可以在密封配置中運行并避免因失水而導致的電解質(zhì)失效。碘離子的存在也調(diào)節(jié)了鋅離子的溶劑化結構，從而抑制了枝晶的形成，確保了更好的陽極界面穩(wěn)定性。

該工作開發(fā)了一種基于PAM/SA/KI新型水凝膠電解質(zhì)和高性能固態(tài)鋅空氣/碘化物混合電池，為開發(fā)高性能能量轉換和存儲裝置及技術提供了有價值的概念。

3、 研究圖文

圖1. PAM/SA/KI水凝膠的（a）合成過程，（b） 離子傳輸示意圖，（c） FESEM 圖像和（d） FT-IR光譜。

圖2. PAM、PAM/SA和PAM/SA/KI水凝膠在10 mm min-1拉伸速率下的（a）液體電解質(zhì)吸收能力、（b） 保水能力、（c） 離子電導率和（d） 拉伸應力與應變曲線。

圖3. （a） 半開放配置中ZAB的恒電流放電曲線，（b） 基于PAM/SA/KI電解質(zhì)的ZAB在不同彎曲狀態(tài)下的恒電流充電/放電（GCD）曲線。（c） PAM-、PAM/SA-和PAM/SA/KI電池的GCD曲線。PAM-、PAM/SA-和PAM/SA/KI基電池在初始（e）和更新（f）在密封配置中的恒電流放電曲線和GCD曲線（d）。

圖4. （a） Pt/C+RuO2復合材料在不同O2或Ar飽和電解質(zhì)中，在5 mV s-1下的LSV曲線。（b） KOH/Zn（Ac） KI溶液在不同充電/放電時間下的紫外-可見光譜。（c） 用于鋅空氣/碘化物混合電池的循環(huán)鋅負極的SEM圖像。（d） 不同電解質(zhì)的拉曼光譜（黑色：Zn2+；綠色：O；粉色：H；藍色：I-）。

審核編輯：郭婷