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郭再萍院士最新Nat. Commun.

来源：时间：2023-11-02 09:56:49 浏览：825次

第一作者：Guanjie Li

通讯作者：Shilin Zhang、郭再萍院士

通讯单位：澳大利亚阿德莱德大学

DOI: 10.1038/s41467-023-42333-z

研究背景

基于电源、传感器和软件等开发的柔性可穿戴和植入式电子器件，可与人体无缝对接并实现对个体生命健康状况精确监测，在军事、医疗和运动领域展现出巨大的潜力。然而，传统的纽扣电池或薄膜电池存在体积大、刚性高、生物兼容性差等缺点，难以满足这类电子器件的供电需求。采用水凝胶生物质材料作为电解质的锌离子电池兼具生物相容性和机械柔韧性，被认为柔性可穿戴和植入式电子器件的理想动力装置，但大多数报道的锌离子电池难以同时实现柔性、高性能和生物兼容性。基于此，阿德莱德大学郭再萍院士授和Shilin Zhang等人报道了利用透明质酸（HA）制备了具有生物相容性的水凝胶电解质，并实现对负极表面Zn腐蚀、成核和生长行为的调控，使得Zn负极表面始终保持均匀致密的状态。得益于这些优点，基于该凝胶电解质制备的半/全电池均展现出优异的电化学性能，其中Zn//Zn对称电池在1 mA cm^-2的电流密度下具有99.71%的库仑效率（CE）和超5500 h的循环寿命，而Zn//LiMn₂O₄柔性软包电池在3°C下循环1000次后的容量保持率仍高达82%。本工作提出的生物质凝胶电解质在生物相容性能源和其他领域提供了巨大的潜力。

文章要点

1、利用HA丰富的亲水官能团调节电解质中水分子和锌离子的结合状态，成功制备了一种生物相容性良好的凝胶电解质。

2、这种新型凝胶型电解质，不但为Zn负极提供了优异的抗腐蚀能力，还能有效调控负极表面Zn的成核生长，使电极表面Zn的沉积更均匀和致密。

3、以该凝胶型电解液制备的Zn//Zn对称电池（5500 h循环寿命）和Zn//LiMn₂O₄全电池中（3 °C下1000次循环82%容量保持率）均展现出优异的电化学性能。

图文展示

图1. HA凝胶电解质的物理性质及电化学稳定窗口

图2. Zn负极的腐蚀行为

图3. Zn负极的形核和生长行为

图4. Zn电沉积的调控机理

图5. Zn负极的电化学性能

图6.生物相容性和柔性电池应用

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