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2022-12-27 08:57:41 yqs888 9

首页-富联娱乐|富联平台|富联注册|富联登录报道,随着柔性可穿戴电子设备的快速发展,具有高安全性、高柔性、高能量密度和长循环寿命的新型柔性储能器件成为领域内研究的重点。柔性水系电池由于使用了不易燃的水系电解质,具有较高的安全性。其中,由于锌负极具有高理论比容量、低氧化还原电位、高安全性和低成本等优势,柔性水系锌电池受到了广泛的研究关注。然而,受限于柔性电极材料不理想的电化学性能和柔性,目前柔性水系锌电池仍存在工作电压低、倍率、循环稳定性和柔性较差等问题,严重制约了其发展及其在可穿戴器件等领域中的进一步应用。

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鉴于此,西北工业大学的赵阳副教授团队设计构建了一种具有多级微裂纹结构的新型柔性复合电极,该电极具有独特的宏观微裂纹结构和微观多孔纳米花结构。该电极的多级微裂纹结构不仅有利于促进电解质的渗透和电极材料活性位点的有效暴露,还能够有效缓解柔性电极在发生形变时的应力集中,从而同时实现了优异的电化学性能和机械柔性。基于该电极所制备的柔性水锌电池展现出高的工作电压平台和比容量(≈1.7 V, 258.9 mAh g−1),超高的倍率性能(在高达50 A g−1的电流密度下,比容量为135.8 mAh g−1,电池充满电仅需9.8 s)和高达79 000 W kg−1的功率密度。此外,该柔性电池还具有超长的循环寿命,在20000次循环充放电后其容量仍然能够保持在初始值的74.6%。该水系锌电池具有优异的柔性,并且很容易被编织到柔软的电子织物中为智能手机等设备供电,在柔性可穿戴电子设备领域具有发展和应用前景。


其成果以题为“Constructing carbon nanotube hybrid fiber electrodes with unique hierarchical microcrack structure for high-voltage, ultrahigh-rate and ultralong-life flexible aqueous zinc batteries”在国际知名期刊《Small》上发表。本文第一作者为西北工业大学研究生王辉,通讯作者为赵阳副教授,通讯单位为西北工业大学。


【本文亮点】

1)设计构建了具有独特多级微裂纹结构的双金属磷化物/碳纳米管新型柔性复合电极,该结构不仅有利于促进电解质的渗透和电极材料活性位点的有效暴露,还能够有效缓解柔性电极在发生形变时的应力集中,从而同时实现了优异的电化学性能和机械柔性。

2)获得的柔性水系锌电池具有高的工作电压平台和比容量(≈1.7 V, 258.9 mAh g−1)、超高的倍率性能(50 A g−1)和超长的循环寿命(20000圈)。

3)柔性水系锌电池具有优异的柔性(3000次弯曲后容量保持率高达93.1%);得益于其一维结构,该柔性电池很容易被编织到柔软的电子织物中为智能手机等设备供电。


【图文导读】

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图1. 具有多级微裂纹结构的柔性复合电极的结构和形貌表征. (a) 柔性复合纤维电极的制备过程和独特的多级微裂纹结构示意图。b-d) 柔性复合电极在不同放大倍数下的扫描电子显微镜图像。e) 具有传统致密结构和多级微裂纹结构的复合纤维电极发生形变前后的对比示意图。


通过电镜表征可以看出双金属磷化物/碳纳米管柔性复合电极具有独特的宏观微裂纹结构和微观多孔纳米花结构,该多级微裂纹结构不仅有利于促进电解质的渗透和电极材料活性位点的有效暴露,还能够有效缓解柔性电极在发生形变时的应力集中,从而防止活性材料的脱落。


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