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    南開大學牛志強研究員團隊:自修復一體化水系鋅離子電池
    2019-05-15  來源:中國聚合物網

      隨著便攜式電子設備的迅猛發展,柔性和可穿戴儲能系統(例如超級電容器和電池等)受到了廣泛的關注。盡管這些儲能設備通常可以承受一定的彎曲和拉伸應變,但是仍然存在大形變下容易損壞、性能下降和有毒電解質泄漏等問題。近年來,由于水系鋅離子電池(ZIBs)安全性高、成本低廉、理論容量高,因此柔性水系ZIBs受到越來越多的關注。柔性水系ZIBs不可避免地在大變形情況下發生破損甚至斷裂,從而導致性能衰減。因此,實現柔性水系ZIBs的自修復能力,使其可以在受到機械損壞后自動恢復性能,從而有效提高器件的使用壽命。

      針對上述問題,南開大學化學學院的牛志強研究員團隊開發了一種自修復水凝膠電解質。該電解質由聚乙烯醇(PVA)和三氟甲基磺酸鋅(Zn(CF3SO3)2)組成。一旦電解質中PVA基水凝膠受到外力作用而破損,PVA鏈段中大量羥基會形成氫鍵搭接并自主修復凝膠網絡,該修復過程不需要任何外部刺激。而且,該凝膠電解質具有多孔網絡結構,有利于離子的傳輸,所以PVA/Zn(CF3SO3)2凝膠電解質展現出優異的離子電導率。

      通過設計器件結構,將水凝膠電解質與正極、負極和隔膜進一步集成組裝成一體化的自修復ZIBs,器件經過幾次切割/修復后,可完全恢復其電化學性能。這可以有效提高自修復ZIBs的耐用性,延長電池使用壽命,減少浪費和降低成本等。本工作為防止大形變下柔性電池形變而產生破碎提供了新的解決方案,并啟發了其他自主自修復電子設備的設計和制造。

      相關工作發表AngewandteChemie International Edition(2019, 58, 4313)上,文章的第一作者是南開大學博士研究生黃朔,通訊作者為牛志強研究員

      論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201903941

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