Abstrak Grafis
Tinjauan ini secara sistematis merangkum perkembangan terkini dalam lapisan polimer untuk menstabilkan anoda Zn, dengan fokus pada empat kategori utama: lapisan hidrogel, lapisan berpori, lapisan konduktif, dan lapisan polimer komposit. Selain itu, tinjauan ini menguraikan potensi perkembangan dan tantangan masa depan dari peran lapisan polimer menuju komersialisasi anoda seng praktis.

Abstrak
Anoda logam Zn menghadapi banyak tantangan yang sangat membatasi aplikasi praktisnya. Interlayer polimer adalah salah satu strategi yang paling banyak digunakan untuk meningkatkan kinerja anoda Zn. Struktur kimia, sifat fisik, serta morfologi interlayer polimer ini secara signifikan memengaruhi efektivitas perlindungan anoda seng. Mempertimbangkan kompleksitas polimer dan material kompositnya yang digunakan dalam bidang ini, sangat penting untuk merangkum kemajuan dan strategi terkini dalam interlayer polimer anoda seng. Makalah ini mengulas kemajuan terkini dalam desain interlayer polimer yang menstabilkan anoda Zn dari berbagai perspektif, termasuk interlayer hidrogel, interlayer berpori, interlayer konduktif, dan interlayer polimer komposit. Akhirnya, tinjauan ini menguraikan kemungkinan perkembangan dan tantangan masa depan dalam bidang ini menuju komersialisasi anoda seng praktis.

1 Pendahuluan
Dengan perkembangan kelangkaan sumber energi fosil yang tak terbarukan, telah ada fokus signifikan pada pengembangan dan implementasi perangkat penyimpanan energi elektrokimia yang andal dan stabil. 1 Baterai litium telah dikomersialkan secara luas karena kepadatan energi dan daya yang tinggi, serta siklus hidupnya yang panjang. 2 Dibandingkan dengan baterai litium, baterai Zn menunjukkan kapasitas teoritis yang tinggi (820 mA hg −1 ), kelebihan potensial evolusi hidrogen yang diinginkan dalam elektrolit berair, cadangan yang melimpah, dan biaya produksi yang rendah. 3 Oleh karena itu, sangat menjanjikan untuk mengembangkan baterai ion Zn berair untuk mencapai sistem penyimpanan energi yang berkinerja tinggi, aman, ramah lingkungan, dan hemat biaya. 4 – 6 Penggunaan logam Zn dalam baterai dapat ditelusuri kembali ke tahun 1799, ketika Alessandro Volta merancang tumpukan Volta, yang menandai dimulainya perkembangan pesat penyimpanan energi elektrokimia. 7 Dari tumpukan Volta tradisional dan baterai primer Zn||MnO 2 hingga area penelitian intensif saat ini ke dalam baterai ion Zn 2+ berair , logam Zn telah digunakan secara luas sebagai anoda dalam pengembangan penyimpanan energi elektrokimia. 8 Meskipun demikian, banyak tantangan masih tetap ada sebelum baterai seng sekunder ini dapat dikomersialkan, termasuk: i) pembentukan dendrit Zn, yang disebabkan oleh distribusi medan listrik yang tidak merata pada permukaan anoda logam Zn (ZMA), yang dapat mengakibatkan hubungan arus pendek baterai dengan menusuk pemisah; ii) reaksi evolusi hidrogen (HER), yang menyebabkan baterai menggembung dan pH menjadi tinggi. 9 , 10 Secara bersamaan, hal itu mengakibatkan konsumsi ZMA dan elektrolit, yang mengurangi efisiensi coulombik. Untuk mengatasi masalah dan tantangan yang diketahui, serangkaian strategi telah diusulkan dengan tujuan melindungi dan mengoptimalkan ZMA seperti modifikasi struktural, modifikasi antarmuka, modifikasi elektrolit, dan modifikasi pemisah. 11 – 18 Strategi ini menekan dendrit ZMA dan mengurangi korosi elektrokimia.

Di antara strategi modifikasi ini, membangun interlayer pada ZMA sangat efektif dengan membangun lingkungan lokal yang dioptimalkan untuk mengurangi HER dan korosi logam seng dan dengan demikian meningkatkan pemanfaatan dan stabilitas ZMA. Interlayer yang ideal seharusnya mengisolasi elektroda dan elektrolit. 19 , 20 Namun pada kenyataannya, ada banyak gangguan seperti medan listrik yang tidak merata dan fluks ion Zn 2+ yang buruk dan seterusnya sehingga banyak tuntutan harus dipenuhi pada interlayer yang substansial. Kemajuan yang signifikan telah dibuat dalam konstruksi lapisan antarmuka pada permukaan ZMA. Dibandingkan dengan interlayer anorganik seperti mineral, karbon, serta senyawa logam transisi, polimer dapat dengan mudah diproduksi menjadi lapisan homogen untuk melindungi ZMA. 19 Polimer menawarkan fleksibilitas dan dapat memberikan volume penyangga yang efektif untuk mengakomodasi perubahan volume ZMA selama siklus elektrokimia jangka panjang. Itu membuatnya lebih tahan lama daripada senyawa non-logam anorganik dan bahan logam. Selain itu, permukaan polimer biasanya terdiri dari banyak gugus fungsi, termasuk gugus fungsi yang mengandung oksigen dan -NH2 dan seterusnya, yang mendukung penyerapan ion Zn2 + sebagai situs aktif untuk pengendapan dan nukleasi Zn2 + , sehingga mendorong pengendapan ion Zn2 + yang homogen dengan mengurangi penghalang nuklir untuk nukleasi Zn2 + . Selain itu, viskoelastisitas dan kapasitas penyembuhan diri polimer sangat penting sebagai lapisan antarmuka untuk perlindungan ZMA. Dapat diusulkan secara wajar bahwa ringkasan ekstensif dari berbagai jenis polimer yang dapat digunakan untuk perlindungan ZMA dapat berfungsi sebagai pedoman untuk konstruksi antarmuka.

Tinjauan ini menyajikan tinjauan komprehensif dari kemajuan terkini dalam interlayer polimer untuk perlindungan ZMA. Kami mengklasifikasikan jenis lapisan pelapis polimer sebagai interlayer hidrogel polimer, interlayer polimer berpori, interlayer polimer konduktif dan interlayer polimer komposit menurut fungsi uniknya. Kontribusi penting dari antarmuka polimer dalam menstabilkan anoda Zn kemudian dibahas dalam hal penghambatan HER, modulasi fluks ion dan perlindungan mekanis. Temuan terbaru tentang penggunaan hidrogel polimer, polimer berpori, polimer konduktif, dan polimer komposit untuk perlindungan anoda Zn kemudian disajikan dan dibahas. (Gambar  1 ) Akhirnya, kami merangkum beberapa tantangan yang tersisa dan memberikan pandangan tentang penerapan interlayer polimer untuk perlindungan ZMA.

Gambar 1
Buka di penampil gambar
Presentasi PowerPoint
Diagram skema berbagai lapisan polimer untuk menstabilkan anoda Zn di AZIB.

2 Keunggulan Perlindungan Polimer pada Anoda Logam Seng (ZMA)
Dalam beberapa tahun terakhir, rekayasa antarmuka pada ZMA telah dikembangkan dengan tujuan menghambat reaksi samping dan meningkatkan efisiensi Coulombik dan siklus hidup. Strategi ini diadopsi karena kesederhanaan, efisiensi, dan kemudahan manipulasinya. Lapisan pelindung buatan ini analog dengan lapisan antarmuka elektrolit padat (SEI) alami tetapi dengan efek positif yang jauh lebih baik melalui desain yang fleksibel. 21 Lapisan ini tidak hanya mengatur lingkungan lokal permukaan ZMA, termasuk konsentrasi ion Zn 2+ dan pH, tetapi juga bertindak sebagai antarmuka pelindung fisik, mencegah ZMA dipengaruhi oleh elektrolit massal. Seperti yang dilaporkan sebelumnya, para peneliti telah mengeksplorasi berbagai bahan fungsional sebagai lapisan antarmuka, termasuk bahan berbasis karbon, senyawa anorganik, dan polimer. 22 – 25 Di antara bahan-bahan ini, polimer adalah bahan yang paling menjanjikan karena pemrosesannya yang mudah dan desainnya yang fleksibel. Lapisan polimer memiliki gugus polar yang kaya, yang menyediakan banyak tempat penyerapan dan koordinasi. Lebih jauh, pengangkutan ion seng dapat diatur oleh rantai polimer fungsional, sehingga memfasilitasi pengendapan seng yang seragam. Lapisan antarmuka polimer juga menawarkan beberapa keuntungan: (i) Penekanan HER yang lebih efisien melalui kelebihan potensial yang besar pada polimer; (ii) Pengaturan fluks ion yang dapat disesuaikan melalui desain gugus fungsi yang fleksibel; (iii) Perlindungan mekanis yang lebih baik melalui rantai polimer yang tangguh. Semua keuntungan yang disebutkan berfungsi untuk meningkatkan kinerja keseluruhan anoda logam seng, sehingga memastikan operasi yang stabil dan peningkatan kinerja elektrokimia baterai.

2.1 Penekanan HER
Evolusi hidrogen adalah masalah universal untuk anoda logam Zn dalam berbagai jenis baterai sekunder berbasis seng. 26 – 30 HER dan korosi anoda berikutnya umumnya disebabkan oleh kontak langsung antara logam seng dan elektrolit. (Gambar  2a ) Logam seng bereaksi secara spontan dengan molekul air, menghasilkan zincate dan menginduksi pengendapan seng yang tidak homogen. Selain itu, H 2 yang dihasilkan secara bertahap meningkatkan tekanan di dalam baterai dan akhirnya menyebabkan pembengkakan baterai yang parah. Oleh karena itu, HER dianggap sebagai salah satu alasan terpenting untuk kegagalan baterai berbasis seng. Selain itu, HER akan menyebabkan pembentukan produk sampingan oleh lingkungan alkali lokal di dekat ZMA. Dalam kasus ZnSO₄, reaksi akan berlangsung sesuai dengan persamaan  1 :

Gambar 2
Buka di penampil gambar
Presentasi PowerPoint
Ilustrasi skema keuntungan interlayer polimer pada HER, pengaturan fluks ion dan perlindungan mekanis selama proses pelapisan Zn.

Interlayer polimer merupakan salah satu strategi paling efektif untuk menekan HER. Pertama, penyerapan hidrogen pada rantai polimer jauh lebih sedikit daripada pada permukaan logam, oleh karena itu proses Volmer ditekan; Kedua, polimer umumnya dianggap sebagai bahan isolasi. Pengangkutan elektron sangat ditekan; Terakhir, interlayer polimer umumnya mengisolasi elektrolit dan ZMA, yang sebagian besar mengurangi molekul air dari kontak langsung dengan logam, sehingga mengurangi HER secara keseluruhan.

Karena pengendapan seng dan HER merupakan dua reaksi kompetitif, maka dapat disimpulkan bahwa kinerja elektrokimia ZMA dapat ditingkatkan dengan konstruksi antarmuka polimer.

2.2 Regulasi Transportasi Ion Seng
Pengangkutan Zn 2+ sangat penting selama proses pelapisan seng. 31 Di satu sisi, fluks Zn 2+ yang tidak homogen mengakibatkan pengendapan logam seng yang tidak seragam, yang akhirnya mengarah pada pembentukan dendrit. Medan listrik dan saluran ion merupakan dua faktor yang memengaruhi fluks ion seng. Di sisi lain, ion seng terhidrasi selama pengangkutan seng menyebabkan HER yang serius. Desolvasi yang efisien diperlukan selama pengangkutan ion seng. 32 , 33

Interlayer polimer efisien untuk secara bersamaan mengatur medan listrik lokal serta membuat saluran ionik yang dioptimalkan untuk mendesolvasi ion seng. (Gambar  2b ) Pengaturan fluks ion Zn 2+ dapat dicapai dengan mengendalikan gugus fungsi rantai polimer dan struktur kimia/fisik interlayer polimer. 34 Gugus ionik polimer dapat merakit diri untuk membentuk fase hidrofilik, yang pada gilirannya membentuk saluran transpor ion, dan kemampuan transpor selektif dari bahan selektif ion tersebut untuk ion Zn 2+ mengoptimalkan kinerja elektrokimia anoda Zn. Selain itu, nanostruktur dan orientasi rantai polimer juga dapat efektif untuk meningkatkan selektivitas ion antarmuka polimer. Sebagai kesimpulan, pengaturan transpor ion Zn 2+ oleh interlayer polimer memiliki pengaruh yang cukup besar dalam menekan dendrit Zn dan reaksi samping lainnya.

2.3 Perlindungan Mekanis
Perlindungan mekanis yang diberikan oleh polimer juga penting untuk ZMA. Foil Zn komersial dengan permukaan kristal (001), yang sebagian besar digunakan dalam penelitian ilmiah, menunjukkan energi permukaan yang tinggi, energi penyerapan yang rendah, dan ketidaksempurnaan permukaan yang mengakibatkan pengendapan Zn yang tidak merata dan akhirnya kegagalan sel yang ireversibel. 35 Lebih jauh, ketidakseragaman permukaan ZMA mengakibatkan potensi yang berbeda di berbagai area, yang analog dengan pembentukan banyak baterai mini pada permukaan ZMA, yang secara langsung menyebabkan reaksi korosi. 36 Berbeda dengan modifikasi permukaan molekul kecil, lapisan polimer memiliki rantai atau struktur jaringan yang terjalin, dan dengan demikian sifatnya dapat disetel dengan mengubah gugus fungsi serta interaksi antar rantai. Bukti substansial menunjukkan bahwa penerapan polimer untuk melindungi ZMA dapat secara nyata meningkatkan efisiensi operasional baterai berbasis Zn. Penerapan polimer fleksibel pada permukaan ZMA, melalui agen pengikat yang tepat, telah terbukti menghasilkan peningkatan yang nyata dalam kekuatan mekanis ZMA rapuh asli. 37 Lapisan polimer lebih ulet dibandingkan dengan lapisan anorganik, yang akan bertahan terhadap perubahan volume yang besar selama siklus pelapisan/pelepasan yang dapat dibalik. Bahkan dalam menghadapi guncangan fisik eksternal dan pengendapan seng yang tidak homogen, lapisan polimer dapat mencegah pembentukan dendrit melalui penekanan mekanis. (Gambar  2c ).

3 Kemajuan Terbaru Interlayer Polimer untuk ZMA
3.1 Polimer Hidrogel
Perkembangan pesat hidrogel polimer telah diterapkan pada baterai Zn berbasis air, karena jaringan polimer 3D, daya rekat yang luar biasa, fleksibilitas yang lebih baik, dan struktur kimia yang dapat disesuaikan. Ada dua hal yang menonjol tentang hidrogel polimer untuk anoda Seng: i) Konduktivitas. Setelah mengatur gugus fungsi, kita dapat menghasilkan hidrogel yang mampu melakukan konduktivitas ionik dan migrasi ionik. ii) Pengaturan molekul H 2 O. Umumnya, gugus fungsi digunakan untuk mengatur aktivitas molekul H 2 O dengan memutus dan merekonstruksi ikatan H. (Gambar  3a )

Gambar 3
Buka di penampil gambar
Presentasi PowerPoint
(a) Faktor kunci dari lapisan polimer hidrogel. (b) Skema deposisi Zn dan (c) SEM penampang Zn@IL&PPS. (d) CE dari sel simetris. 38 (e) Skema interaksi molekuler Zn 2+ . (f) SEM, (g) tegangan–regangan dan (h) uji kapabilitas laju dengan/tanpa SCS. 39 (i) Ilustrasi CPZ−H. (j) Foto optik dari bahan asli dan yang diregangkan, (k) uji tarik, (l) kinerja laju, (m) kinerja siklus jangka panjang dan (n) kapasitas pelepasan melalui perlakuan yang berbeda. 40 (o) Ilustrasi proses deposisi Zn pada anoda AG-PAM/Zn. (p) Tafel dan (q) uji siklus jangka panjang dengan perlakuan yang berbeda. 41 (r) Difusi Zn 2+ , (s) SEM deposisi Zn, (t) siklus umur dan (u) perilaku pengisian/pengosongan sel melalui perlakuan yang berbeda. 42

Misalnya, Gao et al . merancang lapisan biopolimer dengan sifat hidrofilisitas dan zincophilisitas. 38 Lapisan fungsional ini memiliki kemampuan transpor ion dan antikorosif yang sangat baik untuk mencapai siklus jangka panjang. Antarmuka diproduksi dengan mencampur cairan ionik 1-etil-3-metilimidazolium bis(trifluorometilsulfonil)imida (EMIM–TFSI) ke dalam lapisan hidrogel poli (3,4-etilendioksitiofena): polistirena sulfonat (PEDOT: PSS) in-situ. Selain itu, film hidrogel konduktif dapat menangkap molekul air bebas untuk menghambat reaksi samping yang disebabkan oleh air. Telah ditunjukkan bahwa baterai asimetris Zn- Zn@IL&PPS||Cu menunjukkan efisiensi coulombik (CE) yang luar biasa, 99,5% setelah 1000 siklus pada 1 mA cm −2 . Secara umum, lapisan tersebut dapat memodulasi perilaku transpor ion Zn 2+ dan mengatur fluks ion Zn . (Gambar  3b – d )

Dan gugus fungsi pada rantai polimer memiliki pengaruh pada pengangkutan muatan, seperti kemampuan koordinasi yang kuat dari gugus sulfonat dengan ion Zn 2+ . Hu et al . melakukan interlayer hidrogel dengan fleksibilitas tinggi, pori-pori yang saling berhubungan dan struktur jaringan kontinu melalui kitosan tersulfonasi dan ikatan silang lebih lanjut dengan poliakrilamida. 39 Berdasarkan jalur pengangkutan Zn 2+ yang teratur yang disediakan oleh rantai polianionik, Zn 2+ dapat tiba di permukaan anoda Zn melalui terowongan saat ini. Sementara itu, interlayer hidrogel menunjukkan kekuatan tarik yang besar (54,2 kPa), menghambat pertumbuhan dendrit. Akibatnya, sel penuh Zn||NH 4 V 4 O 10 dengan interlayer ini memiliki kapasitas laju yang sangat baik pada berbagai kerapatan arus. (Gambar  3e – h )

Selain itu, lapisan hidrogel dapat memberikan kekuatan mekanis untuk menekan pertumbuhan dendrit seng, melindungi baterai dari hubungan pendek dengan menusuk pemisah. Lu et al . menstabilkan anoda Zn dengan memperkenalkan lapisan hidrogel yang dimodifikasi oleh kitosan (CS) dan asam poliaspartat (PASP). 40 Kelompok asam karboksilat dan amina dalam kerangka CS dan PASP dapat membentuk ikatan silang ikatan hidrogen, meningkatkan sifat mekanis. Perlu disebutkan bahwa lapisan hidrogel memiliki kekuatan tarik tinggi (53,2 kPa), regangan patah besar (1298%) dan kemampuan meregang yang sangat baik (14 cm). Baterai dengan lapisan hidrogel memiliki tingkat retensi kapasitas yang lebih tinggi dan profil tegangan-kapasitas yang lebih stabil dengan histeresis tegangan yang lebih rendah. Sel penuh Zn/CPZ−H||MnO 2 tetap stabil setelah 500 siklus dengan tingkat retensi kapasitas sekitar 92,5% dan memiliki kinerja tinggi selama proses pengosongan. Hasilnya, interlayer yang dimodifikasi berhasil meningkatkan sifat multifungsi, seperti polarisasi yang lebih rendah, reaksi samping yang lebih sedikit, dan siklus hidup yang panjang. (Gambar  3i – n )

Selain itu, di bidang hidrogel sintetis, para peneliti telah mampu memperoleh hidrogel dengan menekan korosi dengan sengaja merancang molekul hidrogel. Misalnya, poliakrilamida (PAM) telah menarik banyak perhatian karena proses sintesisnya yang sederhana dan sifat mekanik yang cukup baik. Zhang et al . mengusulkan untuk mengadaptasi membran gel agarosa-poliakrilamida (AG-PAM) sebagai lapisan antarmuka Zn untuk mewujudkan pengendapan Zn 2+ yang seragam . 41 Hidrogel polimer hidrofilik penuh dengan gugus fungsi yang melimpah yang dapat membentuk interaksi yang kuat dengan Zn 2+ . Karena molekul agarosa memiliki gugus hidroksil dan eter, energi pengikatan antara Zn 2+ dan molekul agarosa lebih tinggi, memungkinkan [Zn (H 2 O) 6 ] 2+ terhidrasi untuk dilarutkan dengan mudah dan diendapkan secara seragam. Hasilnya, ZMA yang stabil dibangun, dan baterai Zn||Zn simetris menunjukkan umur siklus yang sangat panjang lebih dari 1400 jam di bawah 5 mA cm −2 /1 mA h cm −2 . (Gambar  3o – q )

Polivinil asetat (PVA) adalah akseptor dan donor ikatan hidrogen, sehingga telah menjadi polimer umum untuk membangun lapisan hidrogel. Zhou et al . mengusulkan strategi penjembatan molekuler yang halus untuk membentuk secara in situ antarmuka elektrolit padat organik yang digerakkan urea konsentrasi tinggi antara anoda dan elektrolit dengan memanfaatkan PVA. 42 Urea berfungsi sebagai molekul penjembatan yang secara bersamaan menghasilkan ikatan-H dengan molekul H 2 O dan rantai PVA. Molekul H 2 O bebas dibatasi oleh ikatan-H yang kuat untuk menekan korosi. Hasilnya, logam Zn dengan lapisan hidrogel tetap datar selama proses siklus dengan tepi bulat yang teratur. Sel asimetris Zn||Cu dipertahankan stabil selama 700 siklus (rata-rata CE 98,5%) dan kinerja laju sel Zn-I 2 telah ditingkatkan secara signifikan. (Gambar  3r – u )

Semua desain ini memberikan ide untuk perlindungan anoda Zn. Namun, ada juga banyak masalah hidrogel polimer, seperti kontak antarmuka yang tidak memadai, penuaan cepat setelah siklus, dan kemampuan penyembuhan diri yang mengkhawatirkan.

3.2 Polimer Berpori
Berdasarkan struktur pori yang dapat disesuaikan, polimer berpori telah menjadi kandidat ideal sebagai interlayer dalam baterai seng. Minat dalam polimer berpori didasarkan pada tiga faktor: struktur pori yang melimpah, struktur jaringan yang koheren dan desain struktural yang fleksibel. Polimer berpori memiliki tiga kategori menurut diameter pori: bahan makropori, mikropori dan mesopori. Bahan polimer makropori disiapkan dengan sintesis hidrotermal dan metode templat, dll . Misalnya, para peneliti telah berhasil membangun bahan kerangka organik kovalen (COF) sebagai perlindungan antarmuka untuk anoda seng dengan metode hidrotermal, yang pada saat yang sama dapat mempromosikan desolvasi ion seng. 43 Bahan mikropori dapat disiapkan dengan presipitasi, deposisi fase uap dan deposisi uap kimia. Misalnya, polimer mikroporositas intrinsik (PIM) memiliki struktur mikropori sendiri dan dapat digunakan sebagai lapisan polimer untuk memisahkan anoda seng dan elektrolit serta memfasilitasi pengangkutan ion seng yang cepat. 44 Persiapan bahan mesopori dapat dicapai melalui berbagai teknik, termasuk kondensasi sol-gel dan perakitan mandiri. Misalnya, konstruksi saluran mesopori yang teratur dengan permeabilitas ion Zn 2+ dapat dicapai melalui perakitan mandiri polidopamin mesopori (2D-mPDA). 45 Struktur pori bahan berpori memiliki dampak signifikan pada fungsionalitasnya sebagai komponen antarmuka dalam baterai ion seng seperti jenis pengangkutan ion dan laju pengangkutan ion seng. Modifikasi struktur pori dapat dicapai melalui dua pendekatan utama:
Konstruksi dan desain struktur pori. Diameter pori, distribusi, dan kelengkungan dapat memengaruhi sifat elektrokimia baterai seng.
Modifikasi gugus fungsi. Jenis dan jumlah gugus fungsi yang terdapat dalam struktur pori juga dapat memengaruhi desolvasi ion seng dan mobilitasnya. (Gambar  4a)

Gambar 4
Buka di penampil gambar
Presentasi PowerPoint
(a) Faktor-faktor kunci dari lapisan polimer berpori. (b) Skema mekanisme, (c) Gambar AFM dan (d) Pengukuran ketebalan lapisan PMMA berpori. (e) Uji CE melalui perlakuan yang berbeda. 46 (f) Mekanisme struktur dan (g) Uji serapan N 2 dari Zn yang diolah. (h) Uji CE melalui perlakuan yang berbeda. 47 (i) Diagram skema dan (j) Uji adsorpsi N 2 dari CD−Si. (k) Uji siklus jangka panjang dari baterai Zn||Zn. 48 (l) Penyempitan polimer, (m) Prinsip kerja dan (n) Sel pemodelan PIM. (o) Uji polarisasi jangka panjang dari sel simetris Zn||Zn. 49 (p) Prinsip desain dan (q) Diagram skema jaringan polyPTX. (r) CE dari setengah sel dan (s) Uji siklus sel simetris melalui perlakuan yang berbeda.

Misalnya, Bian et al . merancang lapisan poli(metilmetakrilat) (PMMA) berpori melalui metode inversi fase untuk melindungi anoda Zn dan membangun saluran ion seng. 46 Struktur berpori yang disajikan dalam interlayer (ketebalan sekitar 690 nm) tidak hanya dapat berkoordinasi dengan Zn 2+ karena situs zincophilicity yang melimpah (−COO − ), tetapi juga menyediakan saluran difusi untuk meningkatkan kinetika reaksi. Sel asimetris PMMA−Cu berpori Zn|| dapat memperpanjang siklus hidup hingga 1000 siklus (2000 jam) dengan nilai CE rata-rata 99,8% pada 1 mA cm −2 /1 mA h cm −2 . Secara umum, interlayer PMMA memainkan peran penting dalam mengurangi pertumbuhan dendrit Zn dan meningkatkan perilaku pelepasan/pelapisan Zn yang seragam. (Gambar  4b – e )

Selain itu, serat mesopori juga dapat memberikan kekuatan mekanis dan fleksibilitas yang cukup besar untuk anoda Zn, dan dapat didesain ulang selama persiapan untuk menyesuaikan porositas. Dengan memperkenalkan bahan mesopori, Shen et al . menyelidiki interlayer polimer mikropori terkonjugasi fungsionalisasi porfirin multifungsi (ZnTAPP-TFTA) pada anoda seng. 47 Interlayer dapat memanfaatkan pori mikro yang saling berhubungan tinggi yang terbentuk untuk membangun anoda logam seng bebas dendrit dan menekan reaksi evolusi hidrogen, dengan demikian mendorong proses pelapisan/pelepasan yang seragam. Di satu sisi, interlayer dapat meningkatkan kinetika transfer ion Zn 2+ dan desolvasi ion [Zn (H 2 O) 6 ] 2+ karena gugus porfirin dari ZnTAPP-TFTA. Di sisi lain, interlayer memainkan peran penting dalam menghambat HER dan mendorong pengendapan Zn yang seragam berdasarkan unsur F dan N yang kaya yang dipasok oleh ZnTAPP-TFTA. Analisis mengungkapkan sel asimetris Zn||Cu dapat mencapai 400 siklus pada 0,5 mA cm −2 /0,5 mA h cm −2 . (Gambar  4f – h )

Selain itu, Su et al . memperkenalkan polimer berpori melalui reaksi nukleofilik β-siklodekstrin dengan SiCl4 untuk membangun jaringan konduktif (dilambangkan PEO/PVDF/CD-Si) dengan saluran transmisi ganda, yang menunjukkan kemampuan ketahanan yang sangat baik terhadap korosi dan menekan efek shuttle poliiodida.48 Secara khusus, struktur jaringan berpori dapat membentuk saluran transpor ion non-kovalen, dan PVDF yang tersebar dapat membentuk saluran transpor ion kedua. Menurut hasil, berdasarkan perlindungan, sel yang dimodifikasi memiliki arus korosi yang lebih rendah dan tegangan yang lebih tinggi. Sel simetris Zn||Zn yang dirakit dengan siklus sangat panjang dirancang untuk beroperasi lebih dari 7000 jam pada 20 mA cm −2 /10 mA h cm −2 . (Gambar  4i – k )

Polimer mikropori terdiri dari berbagai struktur matriks kaku dan terdistorsi dalam unit struktural, yang membuat penumpukan segmen rantai molekul dalam konfigurasi yang tertata rapat. Misalnya, Tan et al . menyelidiki efek interlayer polimer dasar Tröger hidrofilik dengan mikroporositas intrinsik (TB-PIM) dalam membangun anoda logam seng bebas dendrit dan menekan reaksi korosif. Ia memanfaatkan pori-pori mikro yang saling berhubungan yang terbentuk untuk memungkinkan pengangkutan ion target selektif. 49 Dengan demikian, interlayer dapat meningkatkan proses pelapisan/pelepasan yang seragam. Di satu sisi, lapisan TB-PIM dapat meningkatkan kebasahan permukaan anoda Zn dan mengurangi kelebihan potensial untuk pengangkutan dan nukleasi Zn 2+ . Di sisi lain, lapisan TB-PIM memainkan peran penting dalam menangkap dan menghantarkan proton berdasarkan protonasi basa Tröger, yang mendorong penangkapan spesies anionik seperti SO 4 2− . Keduanya berkontribusi untuk mencapai distribusi ion seng yang homogen dan mengurangi kelebihan potensial untuk transportasi dan nukleasi Zn 2+ . Rangkaian analisis mengungkapkan bahwa sel simetris TB-PIM@ Zn memiliki waktu siklus 1500 jam pada 1 mA cm −2 /0,5 mA h cm −2 . (Gambar  4l – o )

Chen et al . membuat membran poli 9-fenil-9-(trifluorometil)-9Hxanthene (poliPTX) dengan fibrasi untuk pertukaran kation melalui metode pelarutan-penguapan sederhana.50 Lapisan tengah yang diperoleh memiliki sifat anti-pembengkakan yang unggul dan selektivitas ion yang lebih tinggi karena memiliki gugus sulfonat (−SO 3 ) dan gugus trifluorometil (−CF 3 ) dengan elektronegativitas tinggi. Hasilnya, sel Zn||Cu menunjukkan CE rata-rata yang tinggi sebesar 99,8 % setelah 2500 jam pada 1 mA cm −2 /0,5 mA h cm −2 . Dan sel simetris Zn||Zn dengan membran polyPTX dapat memperpanjang siklus hidup hingga 2000 jam pada 1 mA cm −2 /1 mA h cm −2 dibandingkan dengan sel simetris Zn||Zn dengan serat kaca (GF) yang gagal hanya setelah sekitar 250 jam. Dengan demikian, lapisan polimer berpori memainkan peran penting dalam perlindungan anoda Zn. (Gambar  4p – s ) Namun, kerapuhan dan kelengketan yang buruk dari lapisan polimer berpori dengan anoda jarang disebutkan dan memerlukan perhatian tambahan dalam penelitian berikut.

3.3 Polimer Konduktif
Interlayer polimer dengan konduktivitas ionik/elektronik yang tinggi adalah strategi efektif lain untuk memodulasi perilaku pengendapan Zn 2+ selama siklus pelapisan/pelepasan reversibel. Mengingat interlayer akan selalu meningkatkan resistansi antarmuka, interlayer polimer konduktif ionik dapat menghilangkan resistansi dengan menawarkan jalur konduksi ionik yang efektif baik oleh fase air bebas maupun gugus fungsi pada rantai polimer. Selain itu, konduksi Zn 2+ di dalam interlayer akan ditingkatkan secara efektif oleh tolakan anion serta desolvasi. Oleh karena itu, interlayer polimer konduktif ionik dapat secara selektif menghantarkan ion seng, dan karenanya menginduksi pengendapan logam seng yang halus. (Gambar  5a ) Misalnya, Cai et al . menemukan bahwa konduktivitas dan selektivitas ion seng dapat disetel oleh kekuatan koordinasi antara gugus fungsi dan ion seng. 51 Ditemukan bahwa nitrogen piridin sangat penting dalam memodulasi konduksi seng. Lapisan tengah polistirena (PS) tanpa nitrogen piridin menunjukkan sudut kontak yang tinggi (62,3°) dan konduktivitas ionik yang rendah (~5 mS cm −1 ) karena kurangnya interaksi seng-polimer. Sebaliknya, dengan memperkenalkan nitrogen piridin, lapisan poli(2-vinilpiridina) (P2VP) dan poli(4-vinilpiridina) (P4VP) menunjukkan peningkatan konduktivitas ionik sebanyak 8 kali lipat dan 4 kali lipat. Selain itu, lapisan tengah menunjukkan peningkatan jumlah transfer Zn 2+ secara signifikan (0,58) dibandingkan dengan seng polos (0,31), yang dikaitkan dengan koordinasi ringan antara atom nitrogen pada ion P2VP dan seng. Menariknya, anoda seng pelapis menunjukkan kelebihan potensial yang jauh lebih sedikit (31 mV) dibandingkan dengan seng polos (82 mV). Meskipun penulis tidak menjelaskan banyak tentang fenomena ini, kami menganggap hal ini mungkin disebabkan oleh penyerapan cepat Zn 2+ pada antarmuka elektrolit-anoda, yang mengurangi polarisasi konsentrasi dan kelebihan potensial. Strategi ini pada akhirnya dapat secara efektif meningkatkan stabilitas siklus anoda seng selama 300 jam pada 5 mA cm −2 dan 5 mA h cm −2 dengan efisiensi Coulombik yang tinggi sebesar 99,11 %. (Gambar  5b – d )

Gambar 5
Buka di penampil gambar
Presentasi PowerPoint
(a) Faktor kunci dari lapisan polimer konduktif. (b) Ilustrasi skema anoda Zn dalam elektrolit. (c) Kurva siklus dan (d) CE melalui perlakuan. 51 (e) Mekanisme konduktivitas ion, (f) pengukuran, (g) SEM dan (h) siklus sel yang berbeda. 52 (i) Plot perbedaan kerapatan muatan elektronik dan (j) spektrum EIS sel simetris berdasarkan elektroda yang berbeda. (k) Pengamatan operando penampang dan permukaan untuk pelapisan Zn yang diberi perlakuan. 53 (l) Ilustrasi skema mekanisme pengaturan gC 3 N 4 /CP. (m) CE dan (n) kinerja siklus panjang sel simetris dengan perlakuan yang berbeda. 54 .

Polimer karbohidrat biasanya memiliki gugus hidroksil yang melimpah, yang mungkin berinteraksi dengan ion seng dan memberikan konduksi ion yang cepat dan selektif. Wang et al . membuat lapisan pelindung pada anoda logam Zn dengan film pati (SS) yang dapat diregenerasi dan terurai secara hayati. 52 Film SS dapat dengan mudah dibuat dengan gelasi yang diinduksi oleh pati, ion seng, dan molekul air. Interaksi yang kuat antara SS dan ion seng memberikan dua keuntungan: Pertama, lapisan gel SS menunjukkan transpor Zn 2+ yang cepat dan mencegah paparan langsung anoda Zn ke air, dan dengan demikian menahan korosi anoda seng. Kedua, interaksi SS-seng yang kuat memastikan adaptasi interlayer polimer dengan perubahan volume Zn yang konstan selama siklus pelapisan/pelepasan berulang kali. Selama perendaman dalam elektrolit, Zn 2+ berkoordinasi dengan gugus hidroksil yang berdekatan dan memecah ikatan hidrogen intermolekul antara rantai polimer dengan penurunan kristalinitas, yang menciptakan saluran transportasi ion cepat untuk memfasilitasi migrasi Zn 2+ . Dengan demikian, film gel SS menunjukkan konduktivitas ionik tinggi sebesar 16 mS cm −1 . Karena keunggulan ini, kolektor arus yang dilindungi film SS menunjukkan efisiensi Coulombik yang tinggi sebesar 99,4 % setelah 600 siklus, sedangkan kolektor arus Cu polos gagal setelah hanya 130 siklus. Anoda seng yang dilindungi film SS menunjukkan siklus hidup yang luar biasa sebesar 3000 jam pada 2 mA cm −2 dan 2 mA h cm −2 , sedangkan seng polos hanya memiliki siklus hidup 100 jam. Seng yang dilindungi film SS menunjukkan permukaan yang lebih halus dibandingkan dengan seng polos. Contoh-contoh ini menunjukkan bahwa lapisan polimer konduktif ionik efektif dalam meningkatkan perilaku pengendapan seng melalui modulasi migrasi ion, eliminasi reaksi samping, serta reduksi kelebihan potensial. (Gambar  5e – h )

Selain konduksi ion, konduksi elektron juga penting selama pengendapan seng. Polimer konduktif elektronik adalah kelas bahan organik unik dengan konduksi elektron tinggi melalui konjugasi berkelanjutan. Resistansi antarmuka juga dapat dikurangi dengan meningkatkan transpor elektron. Misalnya, Luo et al . mengembangkan antarmuka konduktif PPy/Tiron melalui pengendapan in-situ molekul Tiron pada anoda seng yang dihiasi PPy. 53 Molekul Tiron dapat didoping secara reversibel dalam PPy dan dilepaskan dalam elektrolit selama siklus pengisian/pengosongan. Antarmuka konduktif menunjukkan resistansi yang jauh lebih rendah dan keterbasahan yang lebih baik dibandingkan dengan seng polos, yang menghasilkan kelebihan potensial pelapisan seng yang jauh lebih rendah sebesar 23 mV daripada seng polos (128 mV). Molekul Tiron yang didoping dari rantai PPy dapat meningkatkan konduksi listrik. Akibatnya, anoda seng dengan perlindungan PPy/Trion menunjukkan siklus hidup yang jauh lebih lama yaitu 2500 jam dibandingkan dengan seng polos. Hal ini dapat dikaitkan dengan interlayer PPy yang didoping dapat memodulasi pH dengan menyerap dan melepaskan anion lawan. Meskipun polimer konduktif menunjukkan sifat yang menjanjikan dalam perlindungan anoda seng, stabilitas kimia merupakan masalah serius yang memengaruhi kinerja operasi jangka panjangnya. (Gambar  5i – k )

Li et al . mengembangkan film komposit gC3N4 / PEDOT:PSS sebagai lapisan pelindung anoda seng. 54 gC3N4 mengubah konfigurasi rantai PEDOT:PSS dari yang terkurung melingkar menjadi yang mengembang-linier, yang memungkinkan transpor elektron/ion yang cepat. Selain itu, atom nitrogen pada gC3N4 menyetel solvasi Zn2 + lokal serta distribusinya, yang menghasilkan overpotensial yang berkurang serta konduksi Zn2 + yang tinggi. Oleh karena itu, anoda seng yang dimodifikasi menunjukkan afinitas yang jauh lebih tinggi terhadap elektrolit dengan sudut kontak yang lebih rendah sebesar 42,3° dibandingkan dengan seng polos (79,2°), overpotensial evolusi hidrogen yang lebih tinggi serta overpotensial deposisi seng yang lebih rendah. Kolektor arus Cu yang dimodifikasi menunjukkan stabilitas yang tinggi selama siklus pengupasan/pelapisan 1500 kali berulang. Anoda seng yang dimodifikasi menunjukkan stabilitas lebih dari 3000 jam dalam sel simetris. (Gambar  5l – n )

Secara umum, lapisan polimer konduktif ionik/elektronik merupakan strategi efektif dalam memodulasi lingkungan kimia lokal pengendapan seng, mengurangi potensi berlebih pengendapan, serta mengurangi evolusi hidrogen dan reaksi samping.

3.4 Interlayer Komposit Polimer
Komposit polimer dapat dirancang untuk dicampur dengan zat lain, yang memungkinkan terciptanya polimer tertentu dengan sifat yang diinginkan atau peningkatan sifat yang sudah ada. Desain komposit polimer dengan sifat yang sangat baik merupakan alat penting untuk perlindungan anoda seng di masa mendatang. (Gambar  6a ) Lebih jauh, karena efektivitas biaya dan fleksibilitas yang ideal, polimer dapat disintesis dengan polimer dan zat anorganik untuk menjadi komposit. 55 Hal ini memungkinkan desain komposit polimer yang memenuhi persyaratan khusus pasar.

Gambar 6
Buka di penampil gambar
Presentasi PowerPoint
(a) Faktor-faktor kunci dari lapisan polimer komposit. (b) Ilustrasi mekanisme regulasi dan (c) Gambar SEM gel SA/EIDC. (d) Performa siklus. 56 (e) Diagram dan (f) ilustrasi yang menggambarkan proses desolvasi Zn 2+ dari antarmuka SAP. (g) SEM dan (h) uji stabilitas siklik sel dengan/tanpa SAP. 57 (i) Mekanisme pembentukan SEI polimer-anorganik. (j) Diagram model struktur SEI polimer-anorganik. (k) SEM anoda Zn dengan SEI polimer-anorganik. (l) CE dan (m) performa siklus jangka panjang sel yang diolah. 58 Diagram (n) lapisan antarmuka yang disiapkan dan (o) mekanisme lapisan. (p) SEM dan (q) performa siklus setelah pengolahan. (r) Kurva polarisasi linier. 59

Wang et al . berhasil merancang interlayer polimer-polimer yang terdiri dari poli (3,4-etilendioksitiofena): polistirena sulfonat (PEDOT: PSS) dan elektrolit gel natrium alginat (SA) antara. 56 Ini dapat bertindak sebagai lapisan polimer saluran transmisi ganda elektron-ion (EIDC). Kelompok −COO − pada SA dapat membentuk kembali [Zn (H 2 O) 6 ] 2+ yang tersolvasi dan mengurangi jumlah molekul H 2 O bebas untuk menghambat HER. Kelompok −SO 3 − pada rantai PSS dapat menawarkan saluran transmisi ion dengan berinteraksi secara elektrostatik dengan Zn 2+ untuk mempercepat transportasi cepat Zn 2+ . Ikatan π–π terkonjugasi dalam rantai PEDOT dapat membentuk saluran transmisi elektron dan memfasilitasi pertukaran muatan cepat dari proses pelapisan/pelepasan Zn. Berbeda dengan sebagian besar laporan, sel simetris Zn||Zn dengan interlayer menunjukkan profil kapasitas-tegangan yang stabil dan toleransi kepadatan arus tinggi yang sangat baik (sekitar 2000 jam pada 10 mA cm −2 dan 1 mA jam cm −2 ). (Gambar  6b ​​– d )

Misalnya, Zhang et al . menyiapkan antarmuka komposit polimer lunak (SAP) yang dibangun oleh konstituen supramolekul (asam sitrat dan siklodekstrin), jaringan polivinil alkohol elastis dan polimer konduktif PEDOT: PSS. Ketahanan mekanisnya yang mengesankan dapat secara efektif melindungi ZMA. 57 Kelimpahan −OH, −COOH dan molekul bermuatan pada SAP dapat mempercepat desolvasi [Zn (H 2 O) 6 ] 2+ dan mengendalikan molekul H 2 O bebas. Dengan demikian, interlayer bermanfaat untuk mempertahankan permukaan anoda Zn yang padat dan datar dengan ketebalan tipis 21,7 μm. Hasilnya, sel Zn||Zn dapat berputar 350 jam pada 20 mA cm −2 dengan 10 mA h cm −2 . (Gambar  6e – h )

Bahan hibrida polimer-anorganik dapat menggabungkan fleksibilitas fase polimer dan kekuatan fase anorganik. Ia dapat beradaptasi dengan perubahan volume dan menekan pertumbuhan dendrit Zn. Chen et al . mengadopsi teknik rekayasa permukaan untuk menyiapkan hibrida SEI polimer (poliakrilamida (PAM))-anorganik (Zn4SO4(OH)6⋅xH2O) yang kuat. 58 Anoda Zn setelah perawatan menunjukkan peningkatan reversibilitas dan stabilitas antarmuka jangka panjang. Selain itu , SEI polimer-anorganik bermanfaat untuk membentuk permukaan pengendapan Zn yang lebih seragam, stabil, dan padat. Hasilnya, sel asimetris Zn||Cu menunjukkan masa pakai siklus yang fantastis, mempertahankan perilaku pelapisan/pelepasan yang stabil selama hampir 900 jam di bawah kerapatan arus tinggi 10 mA cm −2 dan kapasitas areal tinggi 10 mA h cm −2 dan memiliki overpotensial rendah ~50 mV. (Gambar  6i – m )

Selain itu, lapisan komposit polimer dengan penangkapan Zn 2+ sengaja telah diterapkan dalam perlindungan anoda Zn secara luas. Seperti yang ditunjukkan oleh Han et al ., sebuah film antarmuka dengan kemampuan adaptasi dinamis tinggi dan kemampuan penyembuhan sendiri yang dimodifikasi oleh polidimetilsiloksan (PDMS)/montmorillonit (MMT) telah dibuat. 59 Itu diterapkan untuk menekan reaksi parasit dan pertumbuhan dendrit dengan mencapai penangkapan ion Zn 2+ yang ditargetkan dan deposisi yang teratur. Karena adsorpsi situs yang mengandung oksigen pada PDMS dan nanochannel ion Zn 2+ cepat dalam interlayer bermuatan negatif dari MMT, inti Zn (002) pada skala nano berhasil tumbuh terus menerus sehingga menghasilkan logam Zn yang mengkristal dalam bentuk heksagonal pada skala mikro. Sementara itu, antarmuka yang dimodifikasi (PMZn) dengan ikatan silang reversibel ikatan B−O dan ikatan siloksan dapat memberikan penyangga untuk beradaptasi dengan tegangan permukaan anoda Zn, mempertahankan kontak konformal dengan anoda Zn dan menghambat pertumbuhan dendrit. Hasilnya, sel penuh PMZn@Zn||MnO 2 dapat beroperasi 1000 jam pada 10 mA cm −2 dan 2000 jam secara stabil pada 1 mA cm −2 dengan efisiensi coulombik yang lebih tinggi sebesar 99,77%, yang lebih dari 10 kali lebih lama daripada sel penuh Zn||MnO 2. (Gambar  6n – r )

4 Ringkasan dan Perspektif
4.1 Ringkasan
Tinjauan ini menyajikan kemajuan terkini dalam desain antarmuka polimer untuk perlindungan anoda seng, termasuk polimer hidrogel, berpori, konduktif, dan komposit. Tinjauan ini memberikan gambaran singkat tentang mekanisme bahan-bahan ini, dimulai dengan pemeriksaan berbagai mekanisme fungsi. Interlayer polimer dianggap sebagai lokasi utama untuk desolvasi, transportasi, dan pertumbuhan nukleasi ion Zn 2+ . Di satu sisi, interlayer polimer dapat mengatur aktivitas H 2 O bebas dan meningkatkan desolvasi ion Zn 2+ . Di sisi lain, ia mampu membuat desain fungsional terhadap interlayer polimer sehingga menekan reaksi samping. Dengan bantuan interlayer polimer, perlindungan untuk anoda Zn telah dikembangkan secara luas. Namun, karena kompleksitas desain dan penerapan antarmuka polimer, antarmuka polimer secara umum saat ini menghadapi banyak tantangan seperti adhesi antarmuka, sifat mekanis, dan masalah lainnya. Selain itu, berbagai jenis antarmuka fungsional menghadapi masalah tambahan. Dengan demikian, tantangan masih ada dan dirangkum sebagai berikut:

Interlayer Polimer Hidrogel : Polimer hidrogel dilengkapi dengan struktur 3D dan sifat penyembuhan sendiri, sehingga menghasilkan lapisan penyangga dengan saluran Zn 2+ yang cepat pada permukaan anoda Zn. Namun, masih ada masalah berikut:

Polimer hidrogel dapat mengalami penuaan selama penggunaan, tetapi mekanisme penuaan belum dipahami dengan baik.

Hubungan antara anoda Zn dan lapisan tengah hidrogel polimer bergantung pada efek fisik sehingga lapisan tengah kemungkinan tidak dapat menempel pada anoda Zn secara stabil dan mengakibatkan terlepasnya secara permanen.

Lapisan Polimer Berpori : Struktur pori polimer berpori yang dapat diatur dapat dimodifikasi untuk memperoleh antarmuka fungsional guna menekan aktivitas molekul H 2 O dan pengendapan Zn. Namun, kekurangan berikut masih perlu diselidiki:

Lapisan polimer berpori memiliki sifat rapuh yang melekat karena struktur porinya dan oleh karena itu rentan rusak selama proses penggunaan.

Kekokohan hubungan fisik antara lapisan polimer berpori dan anoda Zn perlu diselidiki lebih lanjut.

Pori-pori polimer berpori tidak sepenuhnya homogen, yang mengakibatkan distribusi medan listrik yang tidak merata dan pertumbuhan dendrit Zn. Dendrit dapat membuat antarmuka tertusuk atau pertumbuhan dendrit langsung keluar dari pori-pori. Dengan demikian, hal itu dapat menghambat pengangkutan ion.

Lapisan Polimer Konduktif : Penggunaan polimer konduktif merupakan pendekatan yang menjanjikan untuk meningkatkan konduktivitas listrik dengan memfasilitasi pergerakan ion atau elektron. Namun, tantangan terkait harus diperhatikan.

Pengangkutan ion atau elektron bergantung pada gugus reaktif di ujung rantai. Proses ini dapat memengaruhi stabilitas ikatan silang antar rantai, yang menyebabkan penurunan konduktivitas listrik.

Deposisi Zn mungkin terjadi pada lapisan di depan anoda Zn.

Proses pengangkutan berlangsung terus menerus, sehingga apabila salah satu gugus yang aktif dalam pengangkutan mengalami kerusakan, maka pengangkutan berikutnya pasti akan terganggu.

Lapisan Polimer Komposit : Polimer dapat dikombinasikan dengan berbagai material untuk menciptakan antarmuka fungsional sehingga dapat dirancang menjadi antarmuka fungsional. Meskipun demikian, faktor-faktor berikut harus diperhatikan.

Selama proses pengomposisian dengan dua bahan atau lebih, potensi ketidaksesuaian di antara keduanya dapat mengakibatkan terbentuknya antarmuka yang longgar.

Kombinasi bahan-bahan yang berbeda mungkin mengakibatkan penekanan kemampuan tunggal sampai batas tertentu.

4.2 Perspektif
Karena komersialisasi baterai ion seng akan segera dilakukan, desain lapisan polimer harus dikembangkan ke arah yang lebih praktis. Di sini, kami mengusulkan beberapa perspektif untuk bidang ini.

Saat ini, penelitian utama tentang lapisan polimer pada anoda Zn telah dilakukan pada lembaran Zn yang halus. Akan tetapi, beberapa anoda seng dengan bentuk tidak datar seperti jaring seng, busa seng, serta serbuk seng dikembangkan untuk bahan anoda berkapasitas areal tinggi. Strategi lapisan polimer pada anoda tidak datar ini masih menjadi tantangan. Pertama, persiapan lapisan polimer sangat berbeda dibandingkan dengan lembaran seng datar. Ketebalan lapisan polimer sulit dikontrol secara akurat pada anoda tidak datar; Kedua, mekanisme penelitian perlindungan desain antarmuka pada serbuk Zn dan busa seng masih kurang dipahami. Metodologi desain lapisan polimer memerlukan modifikasi substansial. (Gambar  7a)

Gambar 7
Buka di penampil gambar
Presentasi PowerPoint
Pertimbangan lebih lanjut tentang lapisan polimer. (a) Lapisan polimer pada anoda seng non-datar, (b) keseimbangan antara kualitas perlindungan dan kepadatan energi.

Ketebalan dan massa lapisan polimer harus diperjelas dalam laporan literatur. Perlu diperhatikan secara khusus bahwa lapisan polimer harus cukup tipis untuk bertindak sebagai modifikasi anoda seng daripada elektrolit polimer. Singkatnya, konsep lapisan polimer dan elektrolit polimer harus diperjelas secara ketat. Selain itu, lapisan polimer dapat mengurangi kepadatan energi baterai karena lapisan itu sendiri memiliki volume dan massa yang cukup besar. Meskipun demikian, efektivitas lapisan polimer agak terkait dengan ketebalan, dan keseimbangan antara kualitas perlindungan dan kepadatan energi harus dipertimbangkan. Oleh karena itu, kami menyarankan ketebalan lapisan polimer tidak boleh melebihi 40 μm untuk memengaruhi kepadatan energi keseluruhan secara negatif selama modifikasi anoda. (Gambar  7b )

Selain desain untuk penggunaan praktis, perlu dicatat bahwa kimia dasar dalam lapisan pelindung polimer juga harus ditekankan. Misalnya, rekayasa molekuler harus disertakan dalam desain lapisan pelapis polimer ini untuk mengoptimalkan transportasi ion, kekuatan mekanis, serta sifat dielektrik dari lapisan pelapis ini; Selain itu, pemahaman yang lebih dalam tentang kimia antarmuka antara polimer/elektrolit dan elektrokimia antarmuka antara polimer/anoda seng harus dibuat untuk panduan yang lebih baik dari desain lapisan pelapis. Dengan demikian, dalam penelitian masa depan, kami berharap untuk mengembangkan antarmuka polimer cerdas dengan sifat adaptif yang secara dinamis dapat mengatur struktur dan fungsinya secara instan dalam menanggapi perubahan di lingkungan eksternal untuk secara efektif melindungi anoda seng. Secara khusus, antarmuka polimer yang sensitif terhadap pH diharapkan, yang dapat menyesuaikan pH antarmuka meskipun terjadi fluktuasi keasaman elektrolit untuk mengurangi korosi seng dan HER. Antarmuka polimer baru seperti itu tidak diragukan lagi akan membawa peluang dan terobosan baru bagi teknologi penyimpanan energi masa depan.

Secara umum, strategi interlayer polimer memberikan modifikasi ideal terhadap perlindungan anoda Zn. Dengan pesatnya perkembangan penyimpanan energi berbasis air, kami yakin bahwa strategi interlayer polimer akan dikembangkan lebih lanjut ke arah yang lebih praktis, yang akan mendorong penerapan praktis baterai logam seng dalam waktu dekat.