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柔性、高性能水系鋅離子電池（ZIBs）具有低成本、安全等優(yōu)點，被認(rèn)為是可穿戴電子產(chǎn)品中最有前途的儲能候選器件之一。然而，在循環(huán)過程中，電極/電解質(zhì)界面容易發(fā)生不受控制的Zn枝晶生長和一系列副反應(yīng)，導(dǎo)致庫侖效率低和Zn陽極的不可逆損失，從而導(dǎo)致器件失效。

水凝膠電解質(zhì)具有顯著的柔性以及減輕鋅陽極副反應(yīng)的明顯優(yōu)勢，是代替液體電解質(zhì)的最優(yōu)選擇之一。然而，水凝膠電解質(zhì)的機械性能和界面化學(xué)穩(wěn)定性有待提高，這限制了它們在柔性ZIBs中的應(yīng)用，這種影響在惡劣的機械應(yīng)變下表現(xiàn)得尤為明顯。針對于提升水凝膠性能的眾多策略大都集中于增加其機械強度，關(guān)于電極/電解質(zhì)界面化學(xué)的研究卻鮮有報道。

近日，貴州大學(xué)黃俊特聘教授、謝海波教授和南昌大學(xué)陳義旺教授報道了一種具有強界面化學(xué)的仿生多功能水凝膠網(wǎng)絡(luò)（PAM/trehalose），該水凝膠電解質(zhì)通過網(wǎng)絡(luò)修復(fù)策略，具有優(yōu)異的機械性能和粘附性能，實現(xiàn)了無枝晶和長壽命的柔性ZIBs。

該工作首先對PAM/trehalose水凝膠的力學(xué)性能進行分析。拉伸試驗結(jié)果表明，經(jīng)過海藻糖修飾后，水凝膠的力學(xué)強度和斷裂伸長率顯著提升，在多次循環(huán)拉伸和壓縮驗證了PAM/trehalose水凝膠在多次反復(fù)變形后依舊具備較好的恢復(fù)性能。同時，PAM/trehalose水凝膠與各種材料基底都具備優(yōu)異的粘附性，較好的粘附性有助于實現(xiàn)快速且穩(wěn)定的電荷傳遞。該水凝膠優(yōu)異的力學(xué)性能和粘附性有助于提升柔性鋅離子電池在各種形變下的穩(wěn)定性。

隨后，一系列的Zn//Zn對稱電池和Zn//Cu非對稱電池被用于表征鋅陽極的長循環(huán)穩(wěn)定性。得益于其強界面化學(xué)，使用PAM/trehalose凝膠電解質(zhì)組裝不僅在紐扣電池中表現(xiàn)優(yōu)異，在柔性對稱電池中依舊實現(xiàn)了更長的對鋅循環(huán)時長（在R=2 mm和R=6 mm下均超過500 h）。

基于該網(wǎng)絡(luò)修復(fù)策略和強界面化學(xué)，組裝的Zn//MnO₂紐扣電池在超大電流密度下展現(xiàn)出卓越的倍率性能和優(yōu)異的長循環(huán)性能。所組裝的柔性Zn//MnO₂袋狀電池即使在各種變形的極端條件下，依舊擁有極好的容量保持率。

在該工作中，精心設(shè)計的PAM/trehalose水凝膠電解質(zhì)組裝的ZIBs具有卓越的性能，包括高容量、高CE和穩(wěn)定的循環(huán)能力，即使在惡劣的彎曲條件和彎曲時間下也是如此。這種具備強界面化學(xué)和網(wǎng)絡(luò)修復(fù)策略的水凝膠電解質(zhì)可以為開發(fā)高效的柔性電池技術(shù)提供一條新的途徑。

論文信息

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

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