Anion‐Anchored Polymer‐in‐Salt Solid Electrolyte for High‐Performance Zinc Batteries

电解质 离子电导率 材料科学 聚合物 聚丙烯腈 化学工程 电导率 无定形固体 快离子导体 无机化学 电极 化学 复合材料 冶金 有机化学 物理化学 工程类
作者
Xueru Shi,Yunpeng Zhong,Yongqing Yang,Jiang Zhou,Xinxin Cao,Shuquan Liang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/anie.202414777
摘要

Solid polymer electrolytes hold promise for addressing key challenges in rechargeable zinc batteries (ZBs) utilizing aqueous electrolytes. However, achieving simultaneous high ionic conductivity, excellent mechanical strength, and a high cation transference number while effectively suppressing Zn dendrites remains challenging. Herein, we design a novel polymer‐in‐salt solid electrolyte (PISSE) composed of polyacrylonitrile (PAN), zinc chloride (ZnCl2), and niobium pentoxide with oxygen vacancies (Nb2O5‐x) with high ionic conductivity. PAN polymer matrix provides the electrolyte good mechanical properties and solubility of Zn salt. The high concentration of ZnCl2 effectively decouples the Zn2+ from polymer chain segments and provides more ionic conduction amorphous region. Moreover, incorporating Nb2O5‐x filler accelerates Zn2+ desolvation by anchoring (ZnxCly)2x‐y clusters and enhances the system's mechanical properties, achieving a superior Zn2+ transference number (~0.93) and interfacial stability. Consequently, the optimized PISSE demonstrates exceptional stability during prolonged cycling periods, wide temperature range operation (‐40 ℃ to 60 ℃), remarkable flexibility, and compatibility with diverse electrode materials. This study provides valuable insights into the design of solid‐state electrolytes based on ZBs and elucidates their multifunctional prospects.
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