Super‐Stretchable Zinc–Air Batteries Based on an Alkaline‐Tolerant Dual‐Network Hydrogel Electrolyte

材料科学 电解质 电池(电) 碱性电池 化学工程 纳米技术 功率(物理) 电极 冶金 化学 量子力学 物理 工程类 物理化学
作者
Longtao Ma,Shengmei Chen,Donghong Wang,Qi Yang,Funian Mo,Guojin Liang,Na Li,Haiyan Zhang,Juan Antonio Zapien,Chunyi Zhi
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:9 (12) 被引量:347
标识
DOI:10.1002/aenm.201803046
摘要

Abstract Stretchable devices need elastic hydrogel electrolyte as an essential component, while most hydrogels will lose their stretchability after being incorporated with strong alkaline solution. This is why highly stretchable zinc–air batteries have never been reported so far. Herein, super‐stretchable, flat‐ (800% stretchable) and fiber‐shaped (500% stretchable) zinc–air batteries are first developed by designing an alkaline‐tolerant dual‐network hydrogel electrolyte. In the dual‐network hydrogel electrolyte, sodium polyacrylate (PANa) chains contribute to the formation of soft domains and the carboxyl groups neutralized by hydroxyls as well as cellulose as potassium hydroxide stabilizer are responsible for vastly enhanced alkaline tolerance. The obtained super‐stretchable, flat zinc–air battery exhibits a high power density of 108.6 mW⋅cm −2 , increasing to 210.5 mW⋅cm −2 upon being 800% stretched. Similar phenomena are observed for the 500% stretchable fiber‐shaped batteries. The devices can maintain stable power output even after being heavily deformed benefiting from the highly soft, alkaline‐tolerant hydrogel electrolyte developed. A bendable battery‐display system and water proof weavable fiber zinc–air battery are also demonstrated. This work will facilitate the progress of using zinc–air battery powering flexible electronics and smart clothes. Moreover, the developed alkaline‐tolerant super‐stretchable electrolyte can also be applied for many other alkaline electrolyte‐based energy storage/conversion devices.
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