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郭再萍院士最新Nat. Commun.
來源： 時(shí)間：2023-11-02 09:56:49 瀏覽：1995次

 

第一作者：Guanjie Li

通訊作者：Shilin Zhang、郭再萍院士

通訊單位：澳大利亞阿德萊德大學(xué)

DOI: 10.1038/s41467-023-42333-z


研究背景



基于電源、傳感器和軟件等開發(fā)的柔性可穿戴和植入式電子器件，可與人體無縫對(duì)接并實(shí)現(xiàn)對(duì)個(gè)體生命健康狀況精確監(jiān)測(cè)，在軍事、醫(yī)療和運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的潛力。然而，傳統(tǒng)的紐扣電池或薄膜電池存在體積大、剛性高、生物兼容性差等缺點(diǎn)，難以滿足這類電子器件的供電需求。采用水凝膠生物質(zhì)材料作為電解質(zhì)的鋅離子電池兼具生物相容性和機(jī)械柔韌性，被認(rèn)為柔性可穿戴和植入式電子器件的理想動(dòng)力裝置，但大多數(shù)報(bào)道的鋅離子電池難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)柔性、高性能和生物兼容性?；诖?，阿德萊德大學(xué)郭再萍院士授和Shilin Zhang等人報(bào)道了利用透明質(zhì)酸（HA）制備了具有生物相容性的水凝膠電解質(zhì)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)極表面Zn腐蝕、成核和生長(zhǎng)行為的調(diào)控，使得Zn負(fù)極表面始終保持均勻致密的狀態(tài)。得益于這些優(yōu)點(diǎn)，基于該凝膠電解質(zhì)制備的半/全電池均展現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能，其中Zn//Zn對(duì)稱電池在1 mA cm-2的電流密度下具有99.71%的庫侖效率（CE）和超5500 h的循環(huán)壽命，而Zn//LiMn2O4柔性軟包電池在3°C下循環(huán)1000次后的容量保持率仍高達(dá)82%。本工作提出的生物質(zhì)凝膠電解質(zhì)在生物相容性能源和其他領(lǐng)域提供了巨大的潛力。


文章要點(diǎn)



1、利用HA豐富的親水官能團(tuán)調(diào)節(jié)電解質(zhì)中水分子和鋅離子的結(jié)合狀態(tài)，成功制備了一種生物相容性良好的凝膠電解質(zhì)。

2、這種新型凝膠型電解質(zhì)，不但為Zn負(fù)極提供了優(yōu)異的抗腐蝕能力，還能有效調(diào)控負(fù)極表面Zn的成核生長(zhǎng)，使電極表面Zn的沉積更均勻和致密。

3、以該凝膠型電解液制備的Zn//Zn對(duì)稱電池（5500 h循環(huán)壽命）和Zn//LiMn2O4全電池中（3 °C下1000次循環(huán)82%容量保持率）均展現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。


圖文展示



 

圖1. HA凝膠電解質(zhì)的物理性質(zhì)及電化學(xué)穩(wěn)定窗口

 

圖2. Zn負(fù)極的腐蝕行為

圖3. Zn負(fù)極的形核和生長(zhǎng)行為


 圖4. Zn電沉積的調(diào)控機(jī)理

 

圖5. Zn負(fù)極的電化學(xué)性能

 

圖6.生物相容性和柔性電池應(yīng)用

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