缓慢的离子传输动力学和较差的界面兼容性是开发高性能固态锌金属电池的主要挑战。近期，深圳大学张培新教授、马定涛副研究员团队以致密聚丙烯腈/二氧化硅（PAN-SiO₂）纳米纤维膜为独特的多功能介质，合理设计了一种新型介质桥接型超薄（28.6µm）聚合物电解质。经证实，PAN/SiO₂/聚环氧乙烷/Zn（OTf）₂（PSPZ）聚合物电解质显著提高了多重动力学性能。除了优异的机械性能外，高效的导热效果赋予了其良好的高温结构稳定性。有趣的是，该研究发现了一种由PAN骨架锁定阴离子实现的独特快速离子传输机制，从而达到较高的Zn²⁺迁移数（0.71）。此外，还证明了平坦致密的SEI能够引导无枝晶Zn沉积的形成。在这种情况下，高度可逆锌金属阳极的稳定工作温度范围可拓展至-25-80℃，并且在0.1mA/cm²的条件下循环寿命长达4800h。除此之外，宽温度、高倍率、耐用的PSPZ基固态Zn/VO₂电池也得到了成功验证。这种全新的多重动力学增强聚合物电解质设计概念为开发包括但不限于锌金属电池在内的全天候快速充电固态电池提供了新的视角。

图1.PSPZ聚合物电解质膜的制备及结构表征。

图2.聚合物电解质膜的导热性和稳定性研究。

图3.聚合物电解质中Zn²⁺迁移行为的研究。

图4.PZ和PSPZ电解质基Zn|Zn对称电池在不同工作条件下的Zn电镀/剥离可逆性循环性能测试。

图5.深入了解PSPZ电解质系统中循环锌电极的界面电化学和传输动力学。

图6.PZ和PSPZ聚合物电解质基固态Zn/VO₂电池的电化学性能评估。

该工作以“A Novel Ultrathin Multiple-Kinetics-Enhanced Polymer Electrolyte Editing Enabled Wide-Temperature Fast-Charging Solid-State Zinc Metal Batteries”为题发表在《Advanced Functional Materials》（DOI:10.1002/adfm.202307736）上。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202307736