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郭再萍院士最新Nat. Commun.

來源：時間：2023-11-02 09:56:49 瀏覽：2077次

第一作者：Guanjie Li

通訊作者：Shilin Zhang、郭再萍院士

通訊單位：澳大利亞阿德萊德大學

DOI: 10.1038/s41467-023-42333-z

研究背景

基于電源、傳感器和軟件等開發(fā)的柔性可穿戴和植入式電子器件，可與人體無縫對接并實現(xiàn)對個體生命健康狀況精確監(jiān)測，在軍事、醫(yī)療和運動領域展現(xiàn)出巨大的潛力。然而，傳統(tǒng)的紐扣電池或薄膜電池存在體積大、剛性高、生物兼容性差等缺點，難以滿足這類電子器件的供電需求。采用水凝膠生物質材料作為電解質的鋅離子電池兼具生物相容性和機械柔韌性，被認為柔性可穿戴和植入式電子器件的理想動力裝置，但大多數(shù)報道的鋅離子電池難以同時實現(xiàn)柔性、高性能和生物兼容性?；诖?，阿德萊德大學郭再萍院士授和Shilin Zhang等人報道了利用透明質酸（HA）制備了具有生物相容性的水凝膠電解質，并實現(xiàn)對負極表面Zn腐蝕、成核和生長行為的調控，使得Zn負極表面始終保持均勻致密的狀態(tài)。得益于這些優(yōu)點，基于該凝膠電解質制備的半/全電池均展現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能，其中Zn//Zn對稱電池在1 mA cm^-2的電流密度下具有99.71%的庫侖效率（CE）和超5500 h的循環(huán)壽命，而Zn//LiMn₂O₄柔性軟包電池在3°C下循環(huán)1000次后的容量保持率仍高達82%。本工作提出的生物質凝膠電解質在生物相容性能源和其他領域提供了巨大的潛力。

文章要點

1、利用HA豐富的親水官能團調節(jié)電解質中水分子和鋅離子的結合狀態(tài)，成功制備了一種生物相容性良好的凝膠電解質。

2、這種新型凝膠型電解質，不但為Zn負極提供了優(yōu)異的抗腐蝕能力，還能有效調控負極表面Zn的成核生長，使電極表面Zn的沉積更均勻和致密。

3、以該凝膠型電解液制備的Zn//Zn對稱電池（5500 h循環(huán)壽命）和Zn//LiMn₂O₄全電池中（3 °C下1000次循環(huán)82%容量保持率）均展現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能。

圖文展示

圖1. HA凝膠電解質的物理性質及電化學穩(wěn)定窗口

圖2. Zn負極的腐蝕行為

圖3. Zn負極的形核和生長行為

圖4. Zn電沉積的調控機理

圖5. Zn負極的電化學性能

圖6.生物相容性和柔性電池應用

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