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西北工業(yè)大學(xué)趙陽(yáng)《Small》：多級(jí)微裂紋結(jié)構(gòu)電極實(shí)現(xiàn)高電壓高倍率長(zhǎng)壽命的柔性水系鋅電池
2022-12-22  來(lái)源：高分子科技

  隨著柔性可穿戴電子設(shè)備在我們?nèi)粘Ｉ钪衅鸬皆絹?lái)越重要的作用，亟需開(kāi)發(fā)具有高安全性、高柔性、高能量密度和長(zhǎng)循環(huán)壽命的新型柔性儲(chǔ)能器件。與采用易燃有機(jī)電解質(zhì)的傳統(tǒng)柔性電池相比，柔性水系電池采用不易燃的水系電解質(zhì)，具有更高的安全性。其中，柔性水系鋅電池具有理論比容量高、成本低、安全性高和制備工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，是可穿戴電子設(shè)備電源的良好候選者。然而，目前柔性水系鋅電池仍存在工作電壓低、倍率、循環(huán)穩(wěn)定性較差等問(wèn)題，嚴(yán)重制約了其發(fā)展和在可穿戴器件領(lǐng)域中的進(jìn)一步應(yīng)用。



  近日，西北工業(yè)大學(xué)趙陽(yáng)副教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種具有多級(jí)微裂紋結(jié)構(gòu)的柔性復(fù)合電極材料，其具有獨(dú)特的宏觀微裂紋結(jié)構(gòu)和微觀多孔納米花結(jié)構(gòu)。多級(jí)微裂紋結(jié)構(gòu)不但能夠促進(jìn)電解質(zhì)的滲透和內(nèi)部活性位點(diǎn)的有效暴露從而實(shí)現(xiàn)電荷的快速傳輸，而且能夠有效緩解電極在形變時(shí)的應(yīng)力集中，賦予復(fù)合電極優(yōu)異的電化學(xué)性能和高的機(jī)械柔性。基于該電極所制備的柔性水鋅電池具有高的工作電壓平臺(tái)和比容量(≈1.7 V, 258.9 mAh g?1)，超高的倍率性能(在50 A g?1的電流密度下比容量為135.8 mAh g?1)和超長(zhǎng)的循環(huán)壽命(在20000次循環(huán)充放電后容量保持率為74.6%)。此外，該柔性電池可承受3000次彎曲（容量保持率為93.1%），展現(xiàn)出優(yōu)異的柔性，并可輕松編織成柔軟的電子織物為智能手機(jī)供電。


  該工作以“Constructing carbon nanotube hybrid fiber electrodes with unique hierarchical microcrack structure for high-voltage, ultrahigh-rate and ultralong-life flexible aqueous zinc batteries”為題在線發(fā)表在國(guó)際期刊《Small》上。文章通訊作者為西北工業(yè)大學(xué)趙陽(yáng)副教授，通訊單位為西北工業(yè)大學(xué)。 


圖1. 具有多級(jí)微裂紋結(jié)構(gòu)的柔性復(fù)合電極的結(jié)構(gòu)和形貌表征 


圖2. 雙金屬磷化物/碳納米管柔性復(fù)合電極的表征
 

圖3. 柔性復(fù)合電極的電化學(xué)性能

圖4. 柔性復(fù)合電極的儲(chǔ)能機(jī)制研究


圖5. 柔性水系鋅電池的電化學(xué)性能和柔性研究


  本文構(gòu)建了具有多級(jí)微裂紋結(jié)構(gòu)的新型柔性復(fù)合電極，該結(jié)構(gòu)不僅能夠有效促進(jìn)電解質(zhì)的滲透和電極材料活性位點(diǎn)的有效暴露，并且能夠有效緩解柔性電極在發(fā)生形變時(shí)的應(yīng)力集中，從而實(shí)現(xiàn)了兼具優(yōu)異電化學(xué)性能和高機(jī)械柔性的復(fù)合電極材料；谠撾姌O所制備的柔性水鋅電池展現(xiàn)出了高的工作電壓平臺(tái)和比容量、超高的倍率性能、超長(zhǎng)的循環(huán)壽命和高的安全性等優(yōu)異電化學(xué)性能；此外，該水系鋅電池還具有優(yōu)異的柔性，能夠很容易地被編織到柔軟的電子織物中為智能手機(jī)等設(shè)備供電，在柔性可穿戴電子設(shè)備領(lǐng)域具有較好的發(fā)展和應(yīng)用前景。該工作為高電化學(xué)性能高柔性新型電極的設(shè)計(jì)提供了新的見(jiàn)解。


  論文信息：Hui Wang, Yufei Lu, Zhentao Nie, Haodong Liu, Bingfei Dai, Xiaofan Shi, Bing Yan, Tiancheng Zhao, Zhitao Zhang, Jixin Zhu, and Yang Zhao*, Constructing carbon nanotube hybrid fiber electrodes with unique hierarchical microcrack structure for high-voltage, ultrahigh-rate and ultralong-life flexible aqueous zinc batteries, Small 2022, DOI: 10.1002/smll.202206338.

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202206338

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（責(zé)任編輯：xu）
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