可充电离子电池被认为是继风能、太阳能后新一代可再生能源 。 锂离子电池作为目前最成功的二次电池系统 ， 在日常生活中得到了广泛的应用 。 然而 ， 有限的锂资源和易燃的有机液体电解质使得锂离子电池系统的成本很高 ， 并且在运行中存在着潜在的爆炸和毒性等安全隐患 。 因此 ， 目前 ， 水系离子电池的研究受到了广泛的关注 。 在所有潜在的候选电池中 ， 水系混合钠锌离子电池（ASZIB）是近年来提出的一种新型电池 ， 它除了具有成本低 ， 环保和固有的安全性的优势外 ， 最重要的是它利用钠离子在普鲁士蓝类似物中的高插层电位 ， 可实现了2.0 V 的高工作电压 。 然而 ， 由于Na+离子的嵌入受到电解液本身狭窄的电化学窗口限制 ， 因此目前所报道的混合电池在高压区域并没有显示出明显的放电平台 。 此外 ， 与水系锌离子电池(AZIBs)相比 ， 由于缺乏锌离子的插入 ， 导致大多数混合动力电池的放电比容量有限（-1） 。 因此 ， 先进的混合动力电池与水系钠离子电池(ASIB)和AZIB性能相比还存在一定的距离 。
鉴于此 ， 来自于香港大学的Dennis Yiu Cheong Leung设计了一种以CuHCF/CNT复合材料为阴极 ， 锌金属为阳极 ， “凝胶包水”作为电解液来有效的实现高性能Na-Zn混合离子电池 。 这种新型“凝胶包水”(NaCl/ZnSO4/海藻酸钠)电解质是综合了盐电解质和凝胶电解质的优点 ， 实现了高电压下ZnCl42-/Na+嵌脱和稳定性的电化学窗口 。 该研究以题为“High-Performance Aqueous Na–Zn Hybrid Ion Battery Boosted by “Water-In-Gel” Electrolyte” 的论文发表在最新一期《Advanced Functional Materials》上 。
本文亮点：
(1)由于多离子(Na+, Zn2+, Cl–和ZnCl42-)的嵌入脱出 ， 因此组装的器件可以实现高的Na离子提取电压（2.1 V vs Zn/Zn2+） ， 以及大的放电比容量（260 mAh g-1） ， 还可提供440 Wh kg-1的高能量密度 。
(2)在电流密度为1 A g-1时 ， 进行450次循环后 ， 放电容量保持率高达96.8% ， 库仑效率高达85% 。 在10 A g-1的超高放电电流密度下进行1000次循环后 ， 库伦效率可达到95%以上 ， 同时具有94%的高容量保持率 。
(3) 通过对锌片表面SEM表征可以发现 ， 由于通过Zn2+和SA的内部配位键对离子的限制 ， 因此在锌阳极上沉积的Zn十分均匀 ， 虽然在高电流密度下形成了较细的锌纳米线 ， 但没有发现大的枝晶出现 ， 表明该凝胶电解质有抑制锌枝晶生长的作用 。
文章插图
【电解液|香港大学《AFM》：“凝胶包水”电解液助力高性能水系钠锌混合离子电池！】图1 CuHCF（CuHCF/CNT）阴极在不同电解液中的电化学行为
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图2 基于“凝胶包水”电解质在钠锌混合电池中的电化学性能测试
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202008783
来源：高分子科学前沿
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