近年来,由于可穿戴式柔性设备的快速普及,具有高能量密度、长使用寿命的柔性可充电电池受到人们的广泛关注。基于水凝胶的锌空气电池(ZABs)具有理论能量密度高、安全性好、环境友好、低成本等优点,被认为是下一代柔性可充电电池最有前途的候选者之一。然而,水凝胶基ZABs的实际应用仍受到其固有缺点的限制,如循环寿命较短、工作温度范围较窄、电化学稳定性较差和反复变形会使水凝胶电解质破裂等。因此,为了制备能够在宽温范围内稳定长期运行的柔性ZABs,探索非挥发性、优异环境和电化学稳定性、良好离子电导率和自修复特性的新型电解质至关重要。自修复离子凝胶由于其非挥发性、良好的离子导电性、环境和电化学稳定性以及自修复能力,在电解质材料领域替代水凝胶显示出了巨大的前景。利用自修复离子凝胶作为电解质制备柔性ZABs在解决上述水凝胶基ZABs循环寿命短、工作温度范围狭窄和修复困难等问题方面具有极好的潜力。
图1.a)PAM-PEGMA-IL离子凝胶的照片及其内部结构示意图。b)(1)AM和PAM-PEGMA-IL离子凝胶以及(2)[Emim][DCA]、PEGMA和PAM-PEGMA-IL离子凝胶的FTIR光谱。c) PAM-PEGMA-IL离子凝胶不同温度下的离子电导率。d) PAM-PEGMA-IL离子凝胶在-60 ℃下被拉伸到200%的应变并保持导电性。e) PAM-PEGMA水凝胶在-60 ℃下结冰断裂。f) PAM-PEGMA-IL离子凝胶的应力-应变曲线。插图:PAM-PEGMA-IL离子凝胶提起100克砝码的照片。g) PAM-PEGMA-IL离子凝胶和其他报道的室温自修复离子凝胶的离子电导率和韧性的Ashby图。h)在25 ℃下,PAM-PEGMA-IL离子凝胶和PAM-PEGMA水凝胶的质量变化(m/m0)。i) PAM-PEGMA-IL离子凝胶在?20、25、40 ℃和真空环境中储存10天后的质量变化(m/m0)和离子电导率变化(δ/δ0)。j) PAM-PEGMA-IL离子凝胶和PAM-PEGMA水凝胶的分解电压。
图2. a)切割的PAM-PEGMA-IL离子凝胶(1)修复前,(2) 修复后,以及(3)修复后被拉伸至400%应变的照片。b) PAM-PEGMA-IL离子凝胶在不同的切割/修复周期后导电性的恢复。c) 修复前后PAM-PEGMA-IL离子凝胶上切痕的光学显微镜图像。d) PAM-PEGMA-IL离子凝胶的自修复机制示意图。e)原始和修复的PAM-PEGMA-IL离子凝胶的应力-应变曲线。f) PAM-PEGMA-IL离子凝胶在不同切割和修复周期后的应力-应变曲线。g)切割的PAM-PEGMA-IL离子凝胶在不同温度下修复不同时间后的应力-应变曲线。
图3.a) 基于PAM-PEGMA-IL离子凝胶和PAM-PEGMA水凝胶在0.1 mA cm?2和0.05 mAh?2的锌-锌对称电池的恒流充放电曲线。b) (1)原始锌箔和(2)锌箔循环200 h后的照片。c) (1)原始锌箔和(2)锌箔循环200 h后的扫描电镜图像。d)锌箔在循环200 h前后的XRD图像。e) SWF-ZABs在?20、25和40 ℃时的恒流充放电曲线和H-ZAB在25 ℃时的恒流充放电曲线。f)SWF-ZAB在?20、25和40 ℃下100-103 h的恒流充放电曲线。g)SWF-ZAB在-20、25和40 ℃时的极化曲线和相应的功率密度曲线。h)SWF-ZAB在?20、25和40 ℃下的容量。i)SWF-ZAB在?20、25和40 ℃下与其它报道的水凝胶基ZABs的循环寿命的比较。
图4.a)SWF-ZAB的OCV。插图:照片显示了用万用表测量的已制备的SWF-ZAB的OCV。b)SWF-ZAB在弯曲角为45°、90°、135°和180°时的恒流充放电曲线。c)SWF-ZAB经过折叠1000个循环后,存储在?20、25和40 ℃在空气和25 ℃真空环境10天后的恒流充放电曲线。d)两个SWF-ZABs串联连接为一个数字手表供电的照片。e,f)由SWF-ZAB供电的数字手表在(e)?20 ℃和(f) 40 ℃下连续运行24小时的照片。g)使用SWF-ZABs驱动贴片式温度计以实现远程温度监测的示意图。h)显示一个贴片温度计由三个串联连接的SWF-ZABs供电的照片。i) SWF-ZAB驱动的贴片温度计在温度为(1)?17.2 ℃,(2)25.0 ℃和(3) 40.1 ℃的环境下将体温数据发送到智能手机。
图5.a)(1)原始、(2)切割、(3)修复的SWF-ZAB和(4)修复的SWF-ZAB从一端提起而不断裂的照片。b)原始和修复的SWF-ZAB的OCV曲线。c)SWF-ZAB的修复机制示意图。d)SWF-ZAB在原始状态下和经过多次切割/修复周期后的恒流充放电曲线。e)照片显示SWF-ZAB被切割和修复5个周期(1-3),并稳定供电1天(4)的照片。
原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202402193
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