High-adhesion anionic copolymer as solid-state electrolyte for dendrite-free Zn-ion battery

电解质 材料科学 化学工程 离子电导率 阳极 共聚物 离子键合 高分子化学 无机化学 聚合物 离子 化学 电极 有机化学 物理化学 复合材料 工程类
作者
Jiaxu Li,Junfeng Ren,Caixia Li,Pengxian Li,Tingting Wu,Shiwei Liu,Lei Wang
出处
期刊:Nano Research [Springer Science+Business Media]
卷期号:15 (8): 7190-7198 被引量:33
标识
DOI:10.1007/s12274-022-4370-y
摘要

To conquer severe dendrites formation and side reactions of zinc metal anodes, which are serious obstacles for the practical applications of aqueous zinc ion battery (ZIB), herein, we develop a sodium allysulfonate (SAS) and acrylamide (AM) copolymer by radical polymerization process (crosslinking of C=C) as solid-state electrolyte. The interface kinetics is improved remarkably due to the high adhesion and excellent ion transferability of AM-SAS (AS) copolymers. Especially the sulfonic acid group in the hydrogel electrolyte can enhance the internal ionic conductivity effectively benefiting from its high affinity to Zn2+. Also, polymer chains realize re-regulation to Zn2+ flow in atomic-scale, thus leading to controllable deposition of Zn onto the dendrite-free Zn anodes. Consequently, the AS-1.5 electrolyte achieves ultra-stable Zn deposition/stripping behaviors with the lifespan over 1,000 h via the suppression of side-reactions and paralleled Zn deposition. High performances of Zn/Mn-doped V2O5 (MnVO) (over 500 cycles) and Zn/diquinoxalino [2,3-a:2′,3′-c] phenazine (HATN) (over 2,500 cycles) full cells demonstrate that the AS hydrogel electrolyte is a common approach for ZIBs under various conditions. This molecular regulation engineering opens a novel route for hydrogel electrolyte fabrication, where sulfonic groups perform as media of Zn2+ transfer. Therefore, high bulk ionic conductivity as well as excellent interface ion diffusion ability is obtained.
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