【產(chǎn)通社，12月18日訊】北京大學(xué)（Peking University）官網(wǎng)消息，鋅具有最低的電化學(xué)勢(shì)（-0.76V vs SHE），體積能量密度是金屬鋰的3倍，并且在地殼中儲(chǔ)量豐富、環(huán)境友好，因此鋅是一種理想的負(fù)極材料。與鋰離子電池相比，水體系工作的鋅離子電池具有更高的安全性及更低的成本，適用于大規(guī)模能量存儲(chǔ)領(lǐng)域。但是，鋅負(fù)極在循環(huán)充放電的過程中比金屬鋰更易形成枝晶，電池短路的風(fēng)險(xiǎn)極大，因此目前實(shí)際應(yīng)用的鋅離子電池都是單次使用的一次電池，而非像我們手機(jī)使用的可循環(huán)充放的鋰離子電池。參考鋰離子電池領(lǐng)域，采用Zn固態(tài)電解質(zhì)替代電解液有望實(shí)現(xiàn)Zn的均勻沉積并抑制枝晶生長(zhǎng)，從而推廣Zn金屬二次電池的應(yīng)用。遺憾的是，由于二價(jià)Zn2+與晶格作用較強(qiáng)，目前尚未發(fā)現(xiàn)室溫下Zn2+離子電導(dǎo)率較高的固態(tài)材料。

北京大學(xué)深圳研究生院新材料學(xué)院潘鋒教授團(tuán)隊(duì)利用金屬-有機(jī)框架材料（MOFs）具有利于離子快速遷移、高度可設(shè)計(jì)的有序孔道結(jié)構(gòu)，首次研發(fā)成功基于MOFs的Zn-單離子導(dǎo)體固態(tài)電解質(zhì)實(shí)現(xiàn)可穩(wěn)定充放電循環(huán)的鋅離子電池。相關(guān)成果以“A MOF-based single-ion Zn2+ solid electrolyte leading to dendrite-free rechargeable Zn batteries”為題發(fā)表于近期的國(guó)際材料與能源知名雜志Nano Energy（doi：j.nanoen.2018.11.038, 影響因子13.3）。

團(tuán)隊(duì)利用離子化后修飾及離子交換等手段，成功地制備了基于MOF-808的Zn2+固態(tài)電解質(zhì)（WZM）（材料的制備過程如下圖所示）。它是一種固態(tài)的單Zn2+離子導(dǎo)體，室溫電導(dǎo)率高達(dá)0.21 mS∙cm-1，Zn2+離子遷移數(shù)為0.93，電化學(xué)窗口為2.20V，滿足所有已知的鋅離子電池正極材料。這與在電解液中的沉積形貌不同（圖e），在WZM固態(tài)電解質(zhì)的作用下，鋅的沉積均勻、致密且沒有枝晶（圖f）。通過對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，這種優(yōu)良的沉積形貌得益于帶負(fù)電的MOF孔道對(duì)Zn2+的限制和誘導(dǎo)沉積機(jī)制。他們利用WZM固態(tài)電解質(zhì)組裝了Zn|WAM|VS2固態(tài)電池并進(jìn)行了測(cè)試。室溫下250個(gè)循環(huán)后該固態(tài)電池的容量保持率為首圈的89%，展現(xiàn)了良好的倍率性能。

該工作由潘鋒指導(dǎo)，博士后王子奇為第一作者。以上工作得到國(guó)家材料基因組重大專項(xiàng)(2016YFB0700600)、國(guó)家自然科學(xué)基金、深圳市科技創(chuàng)新委的資助支持。查詢進(jìn)一步信息，請(qǐng)?jiān)L問官方網(wǎng)站http://www.pku.edu.cn/dat/313255.html。（robin, 張底剪報(bào)）    （完）