咨询电话:021-58952328
Angew. Chem. :一种具有强界面化学的仿生多功能水凝胶网络用于无枝晶柔性锌离子电池2024-12-04
柔性、高性能水系锌离子电池(ZIBs)具有低成本、安全等优点,被认为是可穿戴电子产品中最有前途的储能候选器件之一。然而,在循环过程中,电极/电解质界面容易发生不受控制的Zn枝晶生长和一系列副反应,导致库仑效率低和Zn阳极的不可逆损失,从而导致器件失效。

水凝胶电解质具有显著的柔性以及减轻锌阳极副反应的明显优势,是代替液体电解质的最优选择之一。然而,水凝胶电解质的机械性能和界面化学稳定性有待提高,这限制了它们在柔性ZIBs中的应用,这种影响在恶劣的机械应变下表现得尤为明显。针对于提升水凝胶性能的众多策略大都集中于增加其机械强度,关于电极/电解质界面化学的研究却鲜有报道。

近日,贵州大学黄俊特聘教授、谢海波教授和南昌大学陈义旺教授报道了一种具有强界面化学的仿生多功能水凝胶网络(PAM/trehalose),该水凝胶电解质通过网络修复策略,具有优异的机械性能和粘附性能,实现了无枝晶和长寿命的柔性ZIBs。

1
该工作首先对PAM/trehalose水凝胶的力学性能进行分析。拉伸试验结果表明,经过海藻糖修饰后,水凝胶的力学强度和断裂伸长率显著提升,在多次循环拉伸和压缩验证了PAM/trehalose水凝胶在多次反复变形后依旧具备较好的恢复性能。同时,PAM/trehalose水凝胶与各种材料基底都具备优异的粘附性,较好的粘附性有助于实现快速且稳定的电荷传递。该水凝胶优异的力学性能和粘附性有助于提升柔性锌离子电池在各种形变下的稳定性。

2
随后,一系列的Zn//Zn对称电池和Zn//Cu非对称电池被用于表征锌阳极的长循环稳定性。得益于其强界面化学,使用PAM/trehalose凝胶电解质组装不仅在纽扣电池中表现优异,在柔性对称电池中依旧实现了更长的对锌循环时长(在R=2 mm和R=6 mm下均超过500 h)。

3
基于该网络修复策略和强界面化学,组装的Zn//MnO2纽扣电池在超大电流密度下展现出卓越的倍率性能和优异的长循环性能。所组装的柔性Zn//MnO2袋状电池即使在各种变形的极端条件下,依旧拥有极好的容量保持率。

6
在该工作中,精心设计的PAM/trehalose水凝胶电解质组装的ZIBs具有卓越的性能,包括高容量、高CE和稳定的循环能力,即使在恶劣的弯曲条件和弯曲时间下也是如此。这种具备强界面化学和网络修复策略的水凝胶电解质可以为开发高效的柔性电池技术提供一条新的途径。

文信息

A Bio-Inspired Multifunctional Hydrogel Network with Toughly Interfacial Chemistry for Dendrite-Free Flexible Zinc Ion Battery

Song Yang, Qing Wu, Yue Li, Fusheng Luo, Jinlong Zhang, Kui Chen, Yang You, Prof. Jun Huang, Prof. Haibo Xie, Yiwang Chen

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202409160