HAWKER蓄电池局部稀释电解质助力高面容量水系锌碘凝胶电池实现长时储能2%% 这是何物？
厚电极是完成长时储能的要害组件，但其发展受限于迟缓的离子传输与高粘度电解质。本研讨提出一种根据溶剂化结构规划的战略——局部稀释电解质（LDEs），通过空间调控的溶剂化异质性完成离子迁移率与整体粘度的解耦。该规划促使富盐区与富水域在纳米尺度发生相分离，形成贯穿的富水网络通道，然后在机械安定的凝胶基质中完成类流体离子传输。将上述战略应用于锌-碘（Zn-I₂）聚合物凝胶电池体系，可制备出厚度达2毫米的一体化电极，其面容量到达∼28 mAh/cm²2根据正极资料核算的能量密度到达约230 Wh/L（全电池水平约153 Wh/L），完成了安稳的长周期循环功能。核磁共振（NMR）谱学、分子动力学模仿及电化学剖析证明：尽管该电解质粘度比较液态电解质提升了约1200倍，仍能维持持续的水分子和离子迁移率。此项研讨确立了低密度电解质（LDEs）作为一种新式规划范式。
图文摘要
导言
储能体系(ESSs)正逐渐成为未来电网的要害基础设施。可以供给长时间运行的电池对于增强资源充足性、提升电网能源安全性、支撑快速增长的人工智能基础设施以及应对可再生能源的波动性和季节性改变日益重要。1,2但是，为多小时（>4小时）乃至多日储能需求供给可靠且经济高效的储能方案，仍是电池技能面对的严重挑战。为完成实用电流密度下的长时放电，电池必须在单体层面明显增加活性物质载量。这必定要求运用厚电极，但受限于离子与电子传输效率以及结构安稳性问题，电极厚度可提升空间遭到制约。3例如，在传统颗粒填充锂离子电池（LIBs）中，当电极厚度超越临界阈值时，可开释容量会下降，4这是因为电池极化加重所造成的。比如三维（3D）支架、5模板辅佐、6以及3D打印办法等战略7已被探索用于改进离子传输。
比较之下，尽管水系电池体系因其运用不易燃电解液而在安全性和本钱方面具有潜在优势，但提升其活性资料负载量的研讨仍十分有限。但是，水系电池自身也面对诸多挑战：其固有的较窄电压窗口以及对电子绝缘性电极资料（如MnO2）的依赖，为完成更高面积容量带来了明显障碍。8这导致水系电池厚电极的研制进展相对滞后。例如，被广泛研讨的水系Zn-MnO2电池一般选用薄型电极，其标准化面载量较低8约为0.005至0.05毫安时/平方厘米2而通过机械加工、浆料浇铸制备的厚电极已完成更高面容量9近期提升面载量的研讨多选用开放式体系规划以增强厚电极中的离子传输，但往往以体积能量密度下降及电池结构与运行复杂性增加为代价8,10
在厚电极体系中，尽管溶剂富集环境更有利于维持高离子电导率，但完成高能量密度需要高浓度活性离子。这会导致溶剂化结构聚集程度加重和体系粘度上升。11这阻碍了离子传输，因为在受限电极规划中形成了更长且更弯曲的扩散途径。咱们假定，可以通过空间调控高浓度电解质的介观溶剂化结构，在溶剂富集区域保持离子迁移率，然后解耦由粘度主导的传输约束，完成一起具备高面载量和相应高能量密度的功能。为此，咱们提出了一种根据局部稀释电解质（LDE）的新式战略，该电解质被约束在水性聚合物结构凝胶（PFG）内。该规划通过高熵配方将高浓度氧化复原活性资料封装于导电碳集成聚合物结构内。这种聚合物结构梯度（PFG）形成贯穿整个电极厚度的相互连通低密度电解液（LDE）区域网络，完成离子在块体电极中的快速传输。此外，该支架结构具有优异的柔韧性和弹性，可以适应可逆氧化复原反应引起的体积改变、相转变及机械应力。
咱们选用这种战略演示了锌碘%%PFG电池体系，其结构示意图如图1A所示。该体系由氯化锌、碘化钾、炭黑（CB）以及黄原胶（XG）等聚合物组成。装备1毫米厚电极（∼16.2 mAh/cm%%）的电池在90天内表现出安稳的循环功能，每个循环周期容量衰减率仅为0.15%，在1 mA/cm%%电流密度下可完成约32小时/周期的充放电时长。咱们进一步将该方案拓宽至更厚的2毫米电极，完成了明显提升的面容量（∼28 mAh/cm2）与体积能量密度（∼153 Wh/L）。该电池规划使用地球丰度资料，摒弃了锂离子电池典型的多步骤制作工艺（具有劳作密布和资本密布特性），供给了一种经济高效、可持续且可扩展的解决方案，以满足未来电网基础设施对太瓦级储能容量的预期需求。2) exhibited stable cycling over 90 days with a capacity decay rate of just 0.15%/cycle, delivering charge/discharge durations of ∼32 h per cycle at the current density of 1 mA/cm2. We further extended this approach to a thicker electrode (2 mm), achieving significantly higher areal loading (∼28 mAh/cm2) and a volumetric energy density (∼153 Wh/L). This battery design leverages earth-abundant materials and eliminates the labor- and capital-intensive, multi-step manufacturing processes typical of LIBs, offering a cost-effective, sustainable, and scalable solution to meet the projected terawatt-scale ES capacity demands of future grid infrastructures.12
