柔性锌空气电池聚合物电解质/锌负极界面析出碱管理机制研究

作     者：李海涵 

作者单位：广西师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：何云;梁晓光

授予年度：2023年

学科分类：0808[工学-电气工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：胶体自组装 凝胶聚合物电解质 锡空心微球 表面亲水改性 锌–空气电池 

摘      要：准固态柔性锌空气电池(QSZABs)在充放电循环过程中,凝胶聚合物电解质(GPEs)会释放碱溶液,导致电解质逐渐失水失效。同时,在聚合物电解质/锌负极界面析出的碱溶液会引起爬碱现象,腐蚀锌电极,并引起锌枝晶生长,阻碍了其在可穿戴电子产品中的实际应用。针对以上问题,本文采用胶体自组装技术结合热蒸发方法,在锌衬底上制备了锡空心微球,并以2-羟丙基-β-环糊精(HPβCD)修饰锡空心微球的内表面,使其内表面具有较强亲水性。该结构在聚合物电解质/锌负极界面,对聚合物电解质所释放的碱溶液起到了调节作用。我们通过实验揭示了QSZABs器件中内表面亲水锡空心微球结构对碱溶液的调节机制。具体来说,在放电过程中,内表面亲水锡空心微球可以减少GPEs释放碱的泄漏,减轻锌负极爬碱的程度,减少了可溶性锌酸盐的损失,进而抑制锌枝晶的生长。在充电过程中,我们以NaOD/D2O溶液为标记物,证明了锡空心微球内部的碱溶液会扩散回GPEs,补充GPEs中碱溶液的损失。使得GPEs对碱性溶液具有较高的保留能力。由于内表面亲水锡空心微球对GPEs释放碱的有效调控,组装的QSZABs循环寿命达到了127 h,与无该结构的QSZABs相比,循环寿命提高了7.94倍。本文研究了QSZABs中GPE|锌负极界面释放碱的调控规律,为提高电池性能提供了一种全新的思路。