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A photonic hydrogel for health self-monitoring of solid-state electrolytes in zinc-air batteries

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作者
Yayu Zuo,Wenxin Zhang,Manhui Wei,Pengfei Zhang,Siyuan Zhao,Pucheng Pei,Lili Qiu,Hengwei Wang,Zihui Meng,Keliang Wang
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier]
卷期号:53: 136-147 被引量:30
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2022.08.047
摘要

The solid-state electrolyte is one of the critical components of flexible zinc-air batteries, directly determining its discharge performance via water content. However, the health monitoring of solid-state electrolytes has long been neglected in practical applications due to the unique “half-open” structure of zinc-air batteries. Here, we first report a solid-state electrolyte health monitoring strategy based on photonic metamaterials. The double-network (DN) hydrogels formed by polyacrylamide (PAM) and sodium alginate (SA) were combined with photonic crystals (PhCs) self-assembled from polymethyl methacrylate (PMMA) nanoparticles to monitor the water content of solid-state electrolytes. The results demonstrate that the dehydration of solid-state electrolytes leads to the shrinkage of the gel volume and the structural color changes (blue shift) of PhCs, real-time monitoring the health of PAM-SA electrolyte and reflecting ionic conductivity of the electrolyte via optical signals. Moreover, a flexible zinc-air battery with the electrolyte of 275 mS cm–1 exhibits high charging-discharging efficiency (>80%), and the battery can work at the low temperature of -20 ℃. This work provides a strategy for the self-monitoring of solid-state batteries.
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