胡海波/吴明在Small Methods: 可连续弯曲-恢复360次的柔性固态锌空气电池！

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胡海波/吴明在Small Methods: 可连续弯曲-恢复360次的柔性固态锌空气电池！
采用非可燃凝胶电解质（HE）的柔性固态锌空气电池（FSZABs）具有更好的安全性，为蓬勃发展的可穿戴电子产品提供了一个有前途的替代电源解决方案。然而，最终的可穿戴应用要求柔性电源不仅具有高能效，更重要的是具有对重复机械变形的优异耐受性。
胡海波/吴明在Small Methods: 可连续弯曲-恢复360次的柔性固态锌空气电池！
在此，安徽大学胡海波教授、吴明在教授等人提出了一种化学和界面工程协同策略，用于在空气阴极和锌金属阳极（ZMA）表面将低腐蚀性和高离子导电性HE相结合实现增强的电化学和机械耐久性的FSZABs。
具体而言，作者开发了一种由双网络交联聚丙烯酸-Fe3+-壳聚糖 (PAA-Fe3+-CS) 聚合物主体及NH4Cl和 ZnCl2混合水系电解液渗透组成的HE。近中性的PAA-Fe3+-CS/NH4Cl HE在空气阴极和ZMA上的界面粘附强度显著增强，这得益于NH4+和Cl−诱导的霍夫迈斯特效应所产生的CS链的捆绑和疏水相互作用，并具有促进界面电荷转移动力学。
更值得注意的是，由于近中性电解质环境的低腐蚀性，在连续催化过程中，传统强碱性电解质对空气阴极催化剂和ZMA的腐蚀劣化问题大大缓解。
胡海波/吴明在Small Methods: 可连续弯曲-恢复360次的柔性固态锌空气电池！
图1. PAA-Fe3+-CS/NH4Cl HE的高界面粘附强度
因此，结合精心设计的 N、S 共掺杂碳壳约束Co9S8纳米粒子的蛋黄-壳结构多孔混合微球作为负载在空气阴极上的双功能电催化剂，与基于无霍夫迈斯特效应的PAA-Fe3+/NH4Cl HE的装置（1.41V, 27.2 mW cm-2, 663 mAh g-1）相比，进一步制造的FSZBA在更高的开路电压（1.45 V）、更大的面积功率密度（55.4 mW cm-2）和更大的比容量（719 mAh g-1）方面获得了更高的能量效率以及目前报道的最先进同行中里程碑意义的长寿命（120小时）。
更有趣的是，PAA-Fe3+-CS/NH4Cl HE与两个电极之间的高界面粘合性同时赋予了FSZABs出色的机械耐受性，能够在充放电循环过程中实现超过360次的连续弯曲-恢复变形而不降低电压效率。该工作提供了一种简单有效的策略，可以将高界面粘附强度、高离子电导率和低腐蚀性整合到一个HE中，从而提高FSZAB的能量效率和机械耐久性。
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图2. 基于PAA-Fe3+-CS/NH4Cl HE的FSZAB性能
Synergetic Chemistry and Interface Engineering of Hydrogel Electrolyte to Strengthen Durability of Solid-State Zn-Air Batteries, Small Methods 2021. DOI: 10.1002/smtd.202101276

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