Flexible Zinc–Air Batteries with Ampere‐Hour Capacities and Wide‐Temperature Adaptabilities

材料科学 化学工程 储能 聚乙烯醇 丙烯酸酯 纳米颗粒 双功能 纳米技术 催化作用 复合材料 工程类 化学 有机化学 聚合物 单体 功率(物理) 物理 量子力学
作者
Xiongwei Zhong,Zhiyang Zheng,Jiahe Xu,Xiao Xiao,Chongbo Sun,Mengtian Zhang,Jiabin Ma,Baomin Xu,Kuang Yu,Xuan Zhang,Hui‐Ming Cheng,Guangmin Zhou
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (13) 被引量:128
标识
DOI:10.1002/adma.202209980
摘要

Flexible Zn-air batteries (FZABs) have significant potentials as efficient energy storage devices for wearable electronics because of their safeties and high energy-to-cost ratios. However, their application is limited by their short cycle lives, low discharge capacities per cycle, and high charge/discharge polarizations. Accordingly, herein, a poly(sodium acrylate)-polyvinyl alcohol (PANa-PVA)-ionic liquid (IL) hydrogel (PANa-PVA-IL) is prepared using a hygroscopic IL, 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride, as an additive for twin-chain PANa-PVA. PANa-PVA-IL exhibits a high conductivity of 306.9 mS cm-1 and a water uptake of 2515 wt% at room temperature. Moreover, a low-cost bifunctional catalyst, namely, Co9 S8 nanoparticles anchored on N- and S-co-doped activated carbon black pearls 2000 (Co9 S8 -NSABP), is synthesized, which demonstrates a low O2 reversibility potential gap of 0.629 V. FZABs based on PANa-PVA-IL and Co9 S8 -NSABP demonstrate high discharge capacities of 1.67 mAh cm-2 per cycle and long cycle lives of 330 h. Large-scale flexible rechargeable Zn-air pouch cells exhibit total capacities of 1.03 Ah and energy densities of 246 Wh kgcell-1 . This study provides new information about hydrogels with high ionic conductivities and water uptakes and should facilitate the application of FZABs in wearable electronics.
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