柔性鋅-空氣電池具有較高的理論能量密度、良好安全性和低成本的優(yōu)勢，在智能可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域具備廣闊應(yīng)用前景。但缺乏綜合性能優(yōu)異的固態(tài)電解質(zhì)阻礙了該電池技術(shù)商業(yè)化應(yīng)用，亟需研究突破。目前，常用的氫氧化鉀凝膠電解質(zhì)存在機(jī)械性能差的缺點(diǎn)和高腐蝕性溶液滲漏的風(fēng)險。
針對上述挑戰(zhàn)，加拿大滑鐵盧大學(xué)陳忠偉院士與華南師范大學(xué)王新研究員受鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)啟發(fā)，通過在三維多孔陽離子纖維素納米纖維（CCNF）骨架中納米限域聚合雙陽離子離子液體（PDIL），構(gòu)筑了一種安全、環(huán)境友好、且具有本征氫氧根（OH-）離子傳導(dǎo)的多層級納米結(jié)構(gòu)的固態(tài)電解質(zhì)，由其組裝的柔性鋅-空氣電池展現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能和超長循環(huán)壽命。
多層級納米結(jié)構(gòu)的固態(tài)電解質(zhì)表現(xiàn)出良好的柔韌性、超高的離子導(dǎo)電率、良好的吸水-保水性能以及強(qiáng)健的機(jī)械性能；采用分子動力學(xué)模擬對OH-傳導(dǎo)機(jī)理以及電解質(zhì)的納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行可視化研究，發(fā)現(xiàn)雙陽離子的分子設(shè)計賦予固態(tài)電解質(zhì)豐富的、貫穿的動態(tài)離子傳導(dǎo)通道，顯著提高了OH-離子傳導(dǎo)。 由多層級納米結(jié)構(gòu)固態(tài)電解質(zhì)組裝的柔性鋅-空氣電池具有高功率密度（135 mW/cm2）、高比容量（775 mAh/g）以及超長的循環(huán)壽命（240小時，720循環(huán)），超過目前大多數(shù)已報道的柔性鋅-空氣電池。 本文受鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，通過在強(qiáng)健的CCNF鋼筋骨架中引入高OH-傳導(dǎo)的柔性PDIL，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械強(qiáng)度和離子導(dǎo)電性的完美結(jié)合，打破了長期存在的離子電導(dǎo)率與機(jī)械性能不能兼顧的困境；文中對電解質(zhì)納米結(jié)構(gòu)可視化的研究和離子傳導(dǎo)機(jī)理的深入闡明，為設(shè)計高傳導(dǎo)的固態(tài)電解質(zhì)提供理論指導(dǎo)。最后，天然生物材料和多樣化功能離子液體的巧妙結(jié)合，為構(gòu)建安全、環(huán)保、高性能柔性固態(tài)電池開啟無限可能。 論文信息 Hierarchically Nanostructured Solid-State Electrolyte for Flexible Rechargeable Zinc-Air Batteries Mi Xu, Haozhen Dou, Zhen Zhang, Yun Zheng, BoHua Ren, Qianyi Ma, Guobin Wen, Dan Luo, Aiping Yu, Luhong Zhang, Xin Wang, Zhongwei Chen Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202117703
