本网讯 近日，中南大学材料科学与工程学院梁叔全-曹鑫鑫团队在盐中聚合物固态电解质方面研发取得新进展，相关成果“阴离子锚定盐中聚合物固态电解质用于高性能锌电池（Anion-Anchored Polymer-in-Salt Solid Electrolyte for High-Performance Zinc Batteries）”发表于国际权威期刊《德国应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed.）上。2022级硕士研究生石雪茹为该论文的第一作者，曹鑫鑫副教授为该论文的通讯作者。

(图为锌离子在盐中聚合物电解质中的传输机制以及新型电解质材料的模拟与表征分析结果)

基于锌负极的锌金属电池（ZMBs）因其安全性高、成本低和绿色环保，成为大规模储能及可穿戴/植入电子设备的理想选择。然而，基于传统水系电解液的锌金属电池面临着诸多挑战。由于锌负极在水溶液中的热力学不稳定性，持续的副反应难以避免。 同时，在极端温度条件下，液态电解液可能会结晶或蒸发，导致电池出现断路故障。固态电解质有望解决这些问题，但Zn²⁺与聚合物链间强烈的静电作用阻碍离子传输，导致离子电导率低。此外，低阳离子迁移数引发的离子浓度梯度和浓差极化严重影响电池性能。因此，开发高性能的固态电解质对推动锌金属电池的应用至关重要。

本工作开发了一种新型盐中聚合物复合固态电解质，由聚丙烯腈（PAN）、氯化锌（ZnCl₂）和具有氧空位的五氧化二铌（Nb₂O₅-x）组成。高浓度ZnCl₂使Zn²⁺与聚合物链解耦，通过离子簇跳跃机制迁移。但盐含量增加导致机械强度下降，引入氧空位无机填料增强了电解质的机械强度，同时氧空位锚定Cl⁻，提高了离子电导率和阳离子迁移数，促进了锌离子的均匀沉积，并具备优异的宽温性能。基于该固态电解质开发的锌金属全电池在60℃至−40℃的宽温域范围内表现出良好的电化学稳定性，且由于聚合物电解质很好的弯折性能，成功组装并应用在了线型电池中。在转化型电极方面，由于Cl⁻在电极/电解质界面的激活效应，采用离子液体凝胶阴极组装的Zn/IL-I全电池实现了稳定的I^-/I₀/I⁺四电子转化并具有较高的容量。此研究为设计稳定的固态电解质提供了切实可行的策略。

据悉，该项工作获得了国家自然科学基金、中国科协青年人才托举工程以及湖南省杰出青年基金等基金和人才项目的支持。

（一审：杨心怡 二审：王轩 三审：李殷）