2020-05-18
随着现代社会柔性可穿戴设备的迅速发展，迫切需要相匹配的具有高能量密度、持久且高效的可充电电池。锌空气电池因其高理论能量密度、环境友好特性、低成本以及较好的安全性等优势受到广泛的关注。研究学者在开发柔性固态锌空气电池方面取得了显著进步，但仍有几个关键问题严重阻碍了原型电池的实际应用。首先，目前的固态锌空气电池的使用寿命仍然受到严重限制，尤其是限制锌空电池工作寿命和能源效率的电解质因素一直被忽视。其次，由于氧还原/析出反应过高的过电位所导致的器件能量效率低是另一个紧迫的问题。
团队成员宋志双博士针对以上问题，通过聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯酸(丙烯酸)和氧化石墨烯之间的多重交联反应，并引入反应调节剂碘化钾，制备了一种碱性凝胶聚合物电解质（GPE）。与传统的PVA凝胶电解质相比，制备的GPE在机械强度、离子电导率和保水性等方面都有明显的改善。此外，电解质中I-/IO3-的转化沿着热力学更有利的方向，改变了常规氧析出（OER）反应的路径。优化后的GPE使柔性锌空电池在不同极端工作条件下具有低达1.69 V的充电电势、长达的200 h的循环时间、高达73%的能源效率以及稳固的可靠性。研究发现，以GPE为电解质的柔性锌空电池用在各种可穿戴电子设备中时，表现出了优异的实用性。
此项研究将为长寿命高能量效率锌空气电池的探索提供新的思路，并为锌空气电池的产业化应用提供理论指导。相关结果发表于Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.201908127)，指导教师为钟澄教授。
全文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201908127
