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構(gòu)建用于柔性鋅-空氣電池（ZABs）的安全、環(huán)保和高本征氫氧化物離子導(dǎo)電性的固態(tài)電解質(zhì)（SSE）至關(guān)重要，但也極具挑戰(zhàn)性。

陳忠偉/王新Angew: 用于柔性可充電鋅空氣電池的分級(jí)納米結(jié)構(gòu)固態(tài)電解質(zhì)

在此，加拿大滑鐵盧大學(xué)陳忠偉院士、華南師范大學(xué)王新研究員等人受鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，通過將雙陽(yáng)離子離子液體（PDIL）限制在堅(jiān)固的3D多孔陽(yáng)離子纖維素納米纖維基底（CCNF）中構(gòu)建了高度柔性、OH導(dǎo)電、具有分級(jí)納米結(jié)構(gòu)的CCNF-PDIL SSE，并將其用于可充電和柔性固態(tài)ZAB。

得益于豐富的離子傳導(dǎo)通道、堅(jiān)固的3D CCNF骨架和強(qiáng)非共價(jià)相互作用的協(xié)同作用，再加上CCNF 和PDIL鏈的高親水性，CCNF-PDIL SSE表現(xiàn)出超高OH電導(dǎo)率、機(jī)械穩(wěn)定性、高吸水性和良好的保留性。這種在堅(jiān)固的CCNF網(wǎng)絡(luò)（鋼筋）中浸漬高導(dǎo)電性 PDIL（混凝土）的策略實(shí)現(xiàn)了離子電導(dǎo)率和機(jī)械強(qiáng)度的結(jié)合，從而緩解了SSE離子電導(dǎo)率和機(jī)械強(qiáng)度之間長(zhǎng)期存在的困境。

圖1. 具有分層納米結(jié)構(gòu)的CCNF-PDIL SSE的設(shè)計(jì)及表征

因此，采用CCNF-PDIL SSE組裝的柔性固態(tài)ZABs表現(xiàn)出高放電電壓、135 mW/cm²的高峰值功率密度、775 mAh/g的優(yōu)異比容量及240小時(shí)的超長(zhǎng)循環(huán)時(shí)間，這遠(yuǎn)優(yōu)于商用A201和傳統(tǒng)的基于聚乙烯醇（PVA）的電池及最先進(jìn)的固態(tài)電池。

此外，制成的固態(tài)電池在惡劣的彎曲條件下沒有發(fā)生性能下降，這表明其作為柔性電子產(chǎn)品的電源的巨大潛力。作者通過分子動(dòng)力學(xué)模擬深入揭示和可視化了CCNF-PDIL SSEs的納米結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的OH傳導(dǎo)機(jī)制，為電池高導(dǎo)電SSEs的設(shè)計(jì)提供了啟示?？傊@種使用天然生物材料和多功能離子液體制備SSE的新概念為開發(fā)安全、環(huán)保、靈活的固態(tài)電池開辟了巨大的可能性。

圖2. 基于CCNF-PDIL SSE組裝的柔性固態(tài)ZAB的電化學(xué)性能

Hierarchically Nanostructured Solid-State Electrolyte for Flexible Rechargeable Zinc-Air Batteries, Angewandte Chemie International Edition 2022. DOI: 10.1002/anie.202117703

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