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由于其安全性和低成本，锌水电池是电网规模储能的理想选择。然而，电解液的消耗、氢气的析出和积累以及锌枝晶的生长等因素阻碍了大尺寸水性锌电池的生产。为了避免这些问题，我们提出了一种用于 大规模生产水系锌电池 的 “开放式 ” 软包电池 设计，它可以释放氢气，并允许在电池循环过程中消耗的电解质成分重新填充。该电池使用含有 交联卡帕(k)-卡拉胶和壳聚糖的凝胶电解质 。它 结合水分子 ， 阻止 它们与锌的 副反应 ，防止电解质泄漏和快速蒸发。作为概念验证，我们报告了使用 卡拉胶/壳聚糖凝胶电解质 组装和测试Zn | |ZnxV2O5·nH2O多层“开放式”袋状电池，该电池在200 mA g - 1,370 kPa和25°C下循环200次后，初始放电容量为0.9 Ah，容量保持率为84%。
图文简介
锌电池在两种配置下的工作原理图。一个封闭系统和一个开放系统。相对于存在Zn枝晶形成和H2析出等问题的封闭系统电池，具有H2O注入和气体出口的开放系统电池可以提高电池的循环寿命。
卡拉奇凝胶的制备及其物理性质 。卡拉奇凝胶的交联结构。b卡拉奇凝胶的浇铸干燥制造过程照片。c卡拉奇凝胶膜的照片。d干燥的CarraChi凝胶的侧面扫描电镜图像。在25°C时，干燥的卡拉胶、壳聚糖和k-卡拉胶的FTIR光谱。f在25℃条件下，干燥的卡拉奇凝胶、卡拉奇- H2O、用ZnSO4浸泡的卡拉奇、GF的应力-应变曲线。
CarraChi 凝胶电解质引导均匀锌沉积 的机理。a，加入ZnSO4前后CarraChi凝胶电解质在水溶液中的Zeta电位(25°C)。b，计算出的CarraChi凝胶电解质和GF分离器对Zn2+的溶解能(误差条表示拟合的Rct值的误差，补充表4和5)。c, 25℃下- 150 mV恒定电位下对称器件的计时电流曲线(插入:Zn2+在Zn阳极和Zn-CarraChi表面上的扩散和还原示意图)。模拟10 mA cm - 2条件下d、Zn|CarraChi|Zn对称电池和e Zn|GFA|Zn对称电池内部Zn2+浓度分布(细条表示玻璃纤维)(c表示浓度，M)。f - i 25°c (10 mA cm - 2，沉积容量为10 mAh cm - 2)硬币电池中沉积Zn的SEM图像:f为顶部，g为CarraChi凝胶电解质的侧面;顶部和i，侧面视图与GF隔膜。
卡拉奇凝胶电解质在Zn / ZVO纽扣和软包电池结构中的应用(25°C)。这些测量是基于纽扣电池a - c: a中的有源ZVO质量:Zn / CarraChi / ZVO在不同充电/放电特定电流下的电压分布。b在0.2 ~ 10 A g−1的电流范围内，Zn|CarraChi|ZVO和Zn|GF |ZVO电池倍率性能的比较。c在0.2 a g−1循环试验中，Zn|CarraChi|ZVO电池与Zn|GF |ZVO电池的容量保持曲线和CE曲线。d叠层工艺示意图及相应的Zn|CarraChi|ZVO的侧面光学图像。e Zn|CarraChi|ZVO软包电池。f含有CarraChi和GF的软包电池在0.2 A g-1下的循环稳定性(基于活性ZVO质量，25°C)。
论文信息
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-39877-5
通讯作者：天津大学杨全红&杨春鹏
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