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為柔性可充電電池制造先進(jìn)的固態(tài)電解質(zhì)（SSE）變得越來越重要，但仍然是巨大的挑戰(zhàn)。堅(jiān)固的動物真皮的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和自然界中植物細(xì)胞的良好保水性為高性能SSE的設(shè)計(jì)提供了原型和靈感。

在此，加拿大滑鐵盧大學(xué)陳忠偉院士、華南師范大學(xué)王新研究員等人采用仿生方法開發(fā)了具有動態(tài)雙穿透網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)健SSE（MC/PAM-PDMC），并將其用于柔性固態(tài)鋅空氣電池。該仿生SSE具有內(nèi)在OH^–傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)，通過在中空聚合物微膠囊修飾的水凝膠聚合物（PAM）網(wǎng)絡(luò)中原位形成OH^–導(dǎo)電離聚物網(wǎng)絡(luò)（PDMC）構(gòu)建而成。

研究表明，憑借仿生設(shè)計(jì)和動態(tài)雙穿透網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及離聚物/分子聚合物的協(xié)同作用，仿生SSEs同時(shí)獲得了1800% 的可拉伸性、超過200 kPa應(yīng)力的機(jī)械穩(wěn)定性、107 g/g的良好吸水性/保水性及215 mS/cm的超高離子電導(dǎo)率。分子動力學(xué)（MD）模擬揭示和可視化了仿生SSE的納米結(jié)構(gòu)和相關(guān)的離子傳導(dǎo)機(jī)制，其中構(gòu)建了大量緊湊和超快的離子傳輸通道，導(dǎo)致了超高離子電導(dǎo)率。

圖1. 仿生SSE的設(shè)計(jì)和構(gòu)建

因此，由仿生SSE組裝的柔性固態(tài)鋅空氣電池表現(xiàn)出優(yōu)異的綜合電化學(xué)性能，可實(shí)現(xiàn)320小時(shí)的超長循環(huán)壽命、148 mW cm^-2的高功率密度及高達(dá)758 mAh g^-1的比容量。此外，仿生SSE基鋅空氣電池在100小時(shí)存儲期間表現(xiàn)出穩(wěn)定的開路電壓，相應(yīng)的容量損失僅為0.7%，這證實(shí)了仿生SSE抑制柔性鋅空氣電池自放電的良好性能。甚至，該電池在各種彎曲角度下均呈現(xiàn)出穩(wěn)定的恒電流放電-充電曲線，這證實(shí)了其良好的柔韌性。

當(dāng)由三個(gè)串聯(lián)的柔性鋅空氣電池供電時(shí)，裝飾燈串可以穩(wěn)定工作，證實(shí)了該SSE在實(shí)際應(yīng)用中的巨大潛力。這項(xiàng)工作將加速柔性鋅空氣電池在柔性可穿戴電子產(chǎn)品中的應(yīng)用，具有雙穿透網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的仿生方法可能為設(shè)計(jì)高性能SSE開辟新途徑。

圖2. 仿生SSE基柔性固態(tài)鋅空氣電池的電化學(xué)性能

Bioinspired Tough Solid-State Electrolyte for Flexible Ultralong-Life Zinc-Air Battery, Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202110585

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陳忠偉/王新AM: 仿生固態(tài)電解質(zhì)實(shí)現(xiàn)320小時(shí)循環(huán)的固態(tài)鋅空氣電池！

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