【摘要】 GPEs的化学成分随其化学成分的变化而变化，因此可以通过合理设计GPE聚合物基体的化学成分来改善。

锌空气电池（ZAB）由于其高能量密度、优异的安全性和环境友好性而在广泛的应用中受到欢迎。膜/隔膜是 ZAB 的关键组件，对电池性能和稳定性具有重大影响，特别是在固态电池的情况下，近年来引起了越来越多的关注。在这篇综述中，讨论了 ZAB 聚合物膜/分离器的最新进展以及对 ZAB 聚合物膜/分离器结构的深入了解，包括多孔聚合物分离器 (PPS)、凝胶聚合物电解质 (GPE)、固体聚合物电解质 (SPE) 和阴离子交换膜 (AEM) 。该论文提出了提高每种聚合物膜的稳定性、离子电导率、离子选择性、电解质存储容量和机械性能的策略。此外，还详细审查了剩余的主要障碍以及未来研究最有潜力的途径。

 

图 1. 提高 ZAB 中凝胶聚合物电解质 (GPE) 离子电导率的策略。 (a) KOH 溶液和各种 GPE 的离子电导率和吸水率

(b)中性和碱性GPE的水含量和离子电导率[29]。 (c) 基于 PAA-KOH 的 GPE 的离子电导率与交联剂浓度的函数关系 。 (d) PVA-SiO2 基 GPE 中不同 SiO2 含量下 ZAB 的功率密度【1】。

 

GPEs的化学成分随其化学成分的变化而变化，因此可以通过合理设计GPE聚合物基体的化学成分来改善。先前的研究证实了基于PVA、聚丙烯酸(PAA)和聚(4-乙烯基苯磺酸盐-co-[3-(甲基丙烯酰氨基)丙基]三甲基氯化铵)(PAMc)的GPE的离子电导率和保水性之间的关系。

 

在图1a中，PVA、PAA和PAM与6M KOH的电导率在20℃下分别达到161、204和21 mS/cm。使用薄（20e60 mm）、透明和多孔 PVA 基 GPE 的柔性固态 ZAB，具有优异的柔韧性和 15 mS/cm 的离子电导率，峰值功率密度为 28.2 mW cm2。演示了使用 N,N0-亚甲基双-(丙烯酰胺) (MBAA) 作为交联剂的聚丙烯酰胺 (PAM) 基 GPE。所得 GPE 表现出 215.6 mS/cm 的高氢氧化物电导率，证明远远优于最先进的 PVA 基 GPE。

 

使用基于 PAM 的 GPE 的柔性全固态 ZAB 的功率密度达到 105.0 mW cm2。此外，由共价交联聚电解质聚（2-丙烯酰氨基-2甲基丙磺酸钾盐）（PAMPS-K）和互穿甲基纤维素（MC）组成的碱性双网络水凝胶被研究作为所有柔性碱性电解质-固态ZAB。

 

值得注意的是，这种 GPE 可以有效地将浓碱性溶液捕获在其基质内，从而在 25 C 下具有 105 mS cm 的高电导率和持续的机械灵活性 。此外，还研究了一种新型氯基近中性 GPE。与碱性电解液相比，这种 GPE 更环保且腐蚀性更小。所得 GPE 的电导率>70 mS/cm，与碱性 GPE 相当。

 

在图1b中，中性GPE在保水方面表现出比KOH基GPE高得多的稳定性。基于中性 GPE 的 ZAB 显示出优异的弯曲灵活性和较长的循环寿命 。此外，聚合物基质聚合的交联剂浓度会影响保水能力，从而影响 GPE 的氢氧化物电导率。通常，随着交联剂浓度的增加，膜的机械性能得到改善，但代价是离子电导率降低。

 

在图1c中，显示了使用不同浓度的MBAA交联剂用于ZAB的用KOH浸渍的PAA的GPE；较高的MBAA浓度导致较低的离子电导率和较低的保水能力。同样，在 GPE 中添加有机/无机填料可以提高其离子电导率，并引起了基于 GPE 的 ZAB 的广泛研究关注。研究了用于柔性全固态 ZAB 的 PVA-PEO-氧化石墨烯 (GO) 电解质。与传统的基于 PVA 的电解质相比，由于 PVA 和 GO 之间存在大量的交联氢键，PVA-PEOGO 电解质表现出增强的离子电导率和保水性。

 

因此，基于PVA-PEOGO的柔性全固态ZAB提供了57 mW cm2的大峰值功率密度。此外，还合成了一种用于柔性 ZAB 的多孔 PVA-SiO2 基纳米复合材料 GPE。

 

在图1d中，PVA-SiO2基GPE表现出57.3 mS/cm的高离子电导率、高功率峰值密度、优异的电解质保留能力、强的热稳定性和机械稳定性。

 

【1】Abbasi A, Xu Y, Khezri R, et al. Advances in characteristics improvement of polymeric membranes/separators for zinc-air batteries[J]. Materials Today Sustainability, 2022, 18: 100126.

 

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