中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院突破水系鋅離子電池凝膠電解質(zhì)技術(shù)瓶頸

中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院固體物理研究所胡林華團隊在水系鋅離子電池領域取得重大技術(shù)突破，成功研發(fā)出兼具高機械性能與低成本優(yōu)勢的醋酸鋅基凝膠電解質(zhì)。這項成果有效解決了傳統(tǒng)水系鋅離子電池面臨的電解液泄漏、金屬腐蝕等產(chǎn)業(yè)化難題，為開發(fā)安全、長效的儲能器件開辟了新路徑。

技術(shù)瓶頸實現(xiàn)跨越式突破

針對準固態(tài)電解質(zhì)領域長期存在的成本-毒性-性能矛盾，研究團隊創(chuàng)新性地引入尿素作為親鋅增溶劑，通過"鹽析效應"重構(gòu)聚合物網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。實驗數(shù)據(jù)顯示，高濃度醋酸鋅體系使凝膠電解質(zhì)的拉伸率提升至557%，壓縮強度達3.7MPa，抗疲勞性能實現(xiàn)質(zhì)的飛躍。這種材料可承受超過200次鋅沉積/剝離循環(huán)而不發(fā)生結(jié)構(gòu)失效，同時在彎曲狀態(tài)下仍能保持穩(wěn)定的離子傳輸通道。

界面穩(wěn)定性取得關(guān)鍵進展

研發(fā)的凝膠電解質(zhì)在電池循環(huán)過程中自發(fā)形成聚脲固體電解質(zhì)界面膜（SEI），將電極/電解質(zhì)界面阻抗降低40%。電化學測試表明，Zn//NH4V4O10軟包電池在5A/kg大電流密度下仍能釋放280.7mAh/g的高比容量，200次循環(huán)后容量保持率達90.13%。特別值得關(guān)注的是，Zn//Cu不對稱電池庫侖效率突破99.93%，標志著鋅金屬負極利用率達到行業(yè)領先水平。

成本效益與環(huán)保優(yōu)勢凸顯

相較于傳統(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)體系，該技術(shù)路線使鋅離子遷移數(shù)提升25%，同時將原材料成本控制在每公斤20元以內(nèi)。醋酸鋅-尿素體系不僅規(guī)避了有毒添加劑的使用，其水性特質(zhì)更使電池整體能量密度提升至150Wh/kg級別。研究團隊開發(fā)的原位聚合工藝可將生產(chǎn)能耗降低30%，為規(guī)模化制造奠定基礎。

應用前景展現(xiàn)多重可能

軟包電池的柔性化特性已通過彎折測試驗證，在180度折疊狀態(tài)下電壓波動小于2%。這項技術(shù)突破使水系鋅離子電池在可穿戴設備、柔性電子等領域的應用成為可能。研究團隊正與新能源汽車企業(yè)合作，測試40Ah級動力電池的低溫性能，初步結(jié)果顯示-20℃容量保持率較商用磷酸鐵鋰電池提升15%。

該成果發(fā)表于《德國應用化學》期刊，審稿人評價其"為水系電池界面工程提供了全新解決方案"。隨著固態(tài)電池技術(shù)競賽的深入，這項兼具性能與經(jīng)濟性的創(chuàng)新成果，有望重塑儲能技術(shù)競爭格局，加速清潔能源存儲系統(tǒng)的商業(yè)化進程。

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