Manipulating Hierarchical Orientation of Wet‐Spun Hybrid Fibers via Rheological Engineering for Zn‐Ion Fiber Batteries

材料科学 离子 纤维 方向(向量空间) 化学工程 流变学 纳米技术 复合材料 有机化学 几何学 数学 工程类 化学
作者
Xia Zhou,Shuo Li,Guiqing Wu,Yanyan Shao,Dongzi Yang,Jinrong Luo,Zhenyang Jiao,Jingyu Sun,Yuanlong Shao
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (33) 被引量:51
标识
DOI:10.1002/adma.202203905
摘要

Wet-spinning is a promising strategy to fabricate fiber electrodes for real commercial fiber battery applications, according to its great compatibility with large-scale fiber production. However, engineering the rheological properties of the electrochemical active materials to accommodate the viscoelasticity or liquid crystalline requirements for continuous wet-spinning remains a daunting challenge. Here, with entropy-driven volume-exclusion effects, the rheological behavior of vanadium pentoxide (V2 O5 ) nanowire dispersions is regulated through introducing 2D graphene oxide (GO) flakes in an optimal ratio. By optimizing the viscoelasticity and liquid-crystalline behavior of the spinning dope, the wet-spun hybrid fibers display controlled hierarchical orientation. The wet-spun V2 O5 /rGO hybrid fiber with the optimal 10:1 mass fraction (V2 O5 /rGO10:1 ) exhibits a highly oriented nanoblock arrangement, enabling efficient Zn-ion migration and an excellent Zn-ion storage capacity of 486.03 mAh g-1 at 0.1 A g-1 . A half-meter long quasi-solid-state fiber Zn-ion battery is assembled with a polyacrylamide gel electrolyte and biocompatible Ecoflex encapsulation. The thus-derived fiber Zn-ion battery is integrated into a wearable self-powered system, incorporating a highly efficient GaAs solar cell, which delivers a record-high overall efficiency (9.80%) for flexible solar charging systems.
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