Biocompatible zinc battery with programmable electro-cross-linked electrolyte

生物相容性 电解质 材料科学 电池(电) 纳米技术 电化学 化学工程 化学 电极 冶金 量子力学 物理 工程类 物理化学 功率(物理)
作者
Xuesong Xie,Jingjing Li,Zhengyue Xing,Bingan Lu,Shuquan Liang,Jiang Zhou
出处
期刊:National Science Review [Oxford University Press]
卷期号:10 (3) 被引量:140
标识
DOI:10.1093/nsr/nwac281
摘要

Aqueous zinc batteries (ZBs) attract increasing attention for potential applications in modern wearable and implantable devices due to their safety and stability. However, challenges associated with biosafety designs and the intrinsic electrochemistry of ZBs emerge when moving to practice, especially for biomedical devices. Here, we propose a green and programmable electro-cross-linking strategy to in situ prepare a multi-layer hierarchical Zn-alginate polymer electrolyte (Zn-Alg) via the superionic binds between the carboxylate groups and Zn2+. Consequently, the Zn-Alg electrolyte provides high reversibility of 99.65% Coulombic efficiency (CE), >500 h of long-time stability and high biocompatibility (no damage to gastric and duodenal mucosa) in the body. A wire-shaped Zn/Zn-Alg/α-MnO2 full battery affords 95% capacity retention after 100 cycles at 1 A g-1 and good flexibility. The new strategy has three prominent advantages over the conventional methods: (i) the cross-linking process for the synthesis of electrolytes avoids the introduction of any chemical reagents or initiators; (ii) a highly reversible Zn battery is easily provided from a micrometer to large scales through automatic programmable functions; and (iii) high biocompatibility is capable of implanted and bio-integrated devices to ensure body safety.
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