存在氢键的条件

摘要

使用水基电解质的锌离子电池（ZIBs）引起了广泛关注。然而，在恶劣的条件下，ZIBs内部会积累极高的热量，这不可避免地会导致热跑道风险。因此，可充电 ZIBs 的实际应用受到了极大的限制，因为恶劣条件下积累的内部热量会导致剧烈的膨胀甚至爆炸。为了克服这一限制，科研人员报道了一种自适应温度调节水凝胶电解质（TRHE），它通过氢键相互作用将具有吸热效应的相变链整合到琼脂糖骨架中。在极端条件下，TRHE 可以承受突然的热冲击；因此，ZIBs 可以在环境（100°C）中正常运行一段时间，因为它们具有热自调节特性，从而缓解了与电池相关的热问题。具有均匀离子迁移通道的水凝胶网络可以加速离子迁移，使离子分布均匀，实现对枝晶的抑制；此外，还可以有效解决其他紧迫问题，包括析氢和锌腐蚀，这对出色的电化学性能有很大贡献。据信，所提出的 TRHE 将有助于克服 ZIB 和其他水性电池中的热失控。

介绍

现代电池因其高能量密度、良好的循环稳定性和先进的制造技术而被广泛用于从智能手机到电动汽车的不同应用。然而，如果这些风险不受控制，由恶劣条件引发的热失控可能会导致爆炸、火灾甚至人员伤亡。火灾主要是由高度易燃的有机电解质引起的；为避免此类事故，应使用不易燃的电解液。因此，使用水基电解质的水系锌离子电池（ZIBs）引起了人们的极大关注。在温度突然升高、机械冲击或电气滥用（过度充电或短路）等滥用条件下，ZIBs 内部会积聚极高的热量，这不可避免地会导致热跑道风险，从安全角度来看，会出现各种问题（膨胀或短路）。甚至由产生的氢气或蒸汽引起的爆炸）、电极稳定性和电池系统。尽管 ZIBs 中由热失控引起的安全问题无法与使用有机电解质的 LIBs 相比，但 ZIBs 中仍然存在问题。水的快速挥发和内部压力的增加导致电池急剧膨胀甚至爆炸。此外，由于极端高温导致水活性增强，氢气析出加剧，这增加了燃烧和爆炸的风险。水与电极的其他副反应，包括腐蚀、锌负极中的枝晶生长以及正极的不可逆结构变化（塌陷和溶解），也会加剧，从而导致性能下降。特别是对于电池组，不稳定的局部热风险会从初始电池扩散到其相邻电池，从而导致严重的连锁反应，并在系统层面造成灾难性的失控后果。因此，ZIBs中的热失控也是一个重要课题，在实际应用之前迫切需要解决。开发能够对热刺激做出响应和自适应的 ZIBs 是延长 ZIBs 使用寿命、提高其运行稳定性和安全性的一种

主图导读

图1 a) 液体电解质和温度调节水凝胶电解质中的热问题示意图。b) 温度调节水凝胶电解质的组成和温度调节机制。

图2 a) BHE 和 TRHE 的红外热图像。温度在 10 分钟内从室温升至 100 °C，并在 100 °C 下保持 50 分钟。b) BHE 和 TRHE 的 DSC 曲线。c) BHE和TRHE的加热温度曲线，温度保持在100°C 60 min。

图3 a）TRHE在加热和冷却过程中的原位XRD图谱。b) 使用 BE、BHE 和 TRHE 对充满电的软包电池在 30 至 100 °C 的温度升高期间进行热滥用测试。

相关论文以题为Developing Thermoregulatory Hydrogel Electrolyte to Overcome Thermal Runaway in Zinc-Ion Batteries发表在《Advanced Functional Materials》上。通讯作者是南通大学Yufeng Cao,Jinqiu Zhou，和钱涛特聘教授。

参考文献：

doi.org/10.1002/adfm.202206653

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