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胡海波/吳明在Small Methods: 可連續彎曲-恢復360次的柔性固態鋅空氣電池！

采用非可燃凝膠電解質（HE）的柔性固態鋅空氣電池（FSZABs）具有更好的安全性，為蓬勃發展的可穿戴電子產品提供了一個有前途的替代電源解決方案。然而，最終的可穿戴應用要求柔性電源不僅具有高能效，更重要的是具有對重復機械變形的優異耐受性。

在此，安徽大學胡海波教授、吳明在教授等人提出了一種化學和界面工程協同策略，用于在空氣陰極和鋅金屬陽極（ZMA）表面將低腐蝕性和高離子導電性HE相結合實現增強的電化學和機械耐久性的FSZABs。

具體而言，作者開發了一種由雙網絡交聯聚丙烯酸-Fe³⁺-殼聚糖 (PAA-Fe³⁺-CS) 聚合物主體及NH₄Cl和 ZnCl₂混合水系電解液滲透組成的HE。近中性的PAA-Fe³⁺-CS/NH₄Cl HE在空氣陰極和ZMA上的界面粘附強度顯著增強，這得益于NH₄⁺和Cl^?誘導的霍夫邁斯特效應所產生的CS鏈的捆綁和疏水相互作用，并具有促進界面電荷轉移動力學。

更值得注意的是，由于近中性電解質環境的低腐蝕性，在連續催化過程中，傳統強堿性電解質對空氣陰極催化劑和ZMA的腐蝕劣化問題大大緩解。

圖1. PAA-Fe³⁺-CS/NH₄Cl HE的高界面粘附強度

因此，結合精心設計的 N、S 共摻雜碳殼約束Co₉S₈納米粒子的蛋黃-殼結構多孔混合微球作為負載在空氣陰極上的雙功能電催化劑，與基于無霍夫邁斯特效應的PAA-Fe³⁺/NH₄Cl HE的裝置（1.41V, 27.2 mW cm^-2, 663 mAh g^-1）相比，進一步制造的FSZBA在更高的開路電壓（1.45 V）、更大的面積功率密度（55.4 mW cm^-2）和更大的比容量（719 mAh g^-1）方面獲得了更高的能量效率以及目前報道的最先進同行中里程碑意義的長壽命（120小時）。

更有趣的是，PAA-Fe³⁺-CS/NH₄Cl HE與兩個電極之間的高界面粘合性同時賦予了FSZABs出色的機械耐受性，能夠在充放電循環過程中實現超過360次的連續彎曲-恢復變形而不降低電壓效率。該工作提供了一種簡單有效的策略，可以將高界面粘附強度、高離子電導率和低腐蝕性整合到一個HE中，從而提高FSZAB的能量效率和機械耐久性。

圖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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