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中物院化材所程建丽/电子科大王斌AFM：自愈合、机械耐用的双交联聚丙烯酰胺电解质，助力无枝晶柔性锌离子电池

时间：2023-06-26 来源：浏览：

中物院化材所程建丽/电子科大王斌AFM：自愈合、机械耐用的双交联聚丙烯酰胺电解质，助力无枝晶柔性锌离子电池

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柔性水系锌离子电池（ZIBs）由于其环境友好、成本低、安全性高和理论容量大，被认为是可穿戴电子设备中最有前景的储能候选物之一。然而，柔性ZIBs的实际应用受到了Zn枝晶生长和电解质-电极界面机械持久性差的严重阻碍。具有枝晶生长限制和自我修复能力的机械耐久性水凝胶电解质对于提高柔性ZIB的耐久性和延长其寿命是非常可取的。然而，要同时赋予水凝胶电解质所有必要的特性仍然是一个巨大的挑战。

近日， 中国工程物理研究院化工材料研究所程建丽副研究员、电子科技大学王斌教授 通过强化学交联和动态物理疏水关联的协同效应，制备了多愈合和机械耐久性的水凝胶。 研究显示，所获得的双交联聚丙烯酰胺电解质（PAAm-O-B）具有良好的拉伸应变、强度和稳定的电化学性能，拉伸强度可达75kPa，自愈效率高达50次断裂-愈合循环，并且寿命可达900小时枝晶抑制。此外，采用PAAm-O-B水凝胶电解质的柔性Zn//MnO ₂ 电池也表现出良好的机械耐久性，即使在1000次弯曲变形的情况下仍具有较高的比容量和较长的循环寿命，并且具有优越的自愈能力。

文章要点：

1. 这项工作制备了多种自愈合的、具有机械耐久性的、包含疏水作用的双交联聚丙烯酰胺水凝胶，并将其用作柔性无枝晶ZIB的水凝胶电解质。

2. 获得的耐用的PAAm-O110-B水凝胶电解质在室温下实现了28.3 mS cm ^-1 的高离子电导率，并拥有多种自愈能力。此外，PAAm-O110-B水凝胶电解质还能抑制锌枝晶的生长，减少副反应，保护锌负极。

3. 因此，基于PAAm-O110-B水凝胶电解质的Zn-MnO ₂ 电池具有高比容量、超强的倍率能力和持久的长期循环寿命，在2000次循环后有75%的高容量保持率。同时，采用PAAm-O110-B水凝胶电解质的电池还表现出良好的变形适应性，即使在50次切割/自愈过程和1000次弯曲循环后，其恒流充放电曲线仍有很好的重叠。

4. 总体而言，这项工作报告了一种制备自愈性、机械耐久性水凝胶电解质的策略，以开发用于柔性可穿戴设备的无枝晶水凝胶电解质。