Water-in-Salt Gel Biopolymer Electrolytes for Flexible and Wearable Zn/Alkali Metal Dual-Ion Batteries

材料科学 碱金属 生物高聚物 盐(化学) 电解质 对偶(语法数字) 无机化学 双重角色 离子 化学工程 纳米技术 复合材料 聚合物 电极 有机化学 组合化学 化学 艺术 文学类 物理化学 工程类
作者
Dawid Kasprzak,Zhenrui Wu,Li Tao,Jia Xu,Yue Zhang,Jian Liu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (28): 36304-36314 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acsami.4c04570
摘要

Zn/alkali metal dual-ion batteries (ZM DIBs) with highly concentrated water-in-salt (WiS) electrolytes are promising next-generation energy storage systems. This enhanced design of Zn-ion rechargeable batteries offers intrinsic safety, high operating voltage, satisfactory capacity, and outstanding cyclic stability. Herein, taking the concept of highly concentrated electrolytes one step further, we introduce water-in-salt gel biopolymer electrolytes (WiS-GBEs) by encapsulating Zn/Li or Zn/Na bisalt compositions in a cellulose membrane. WiS-GBEs inherit the electrochemical merits of highly concentrated electrolytes (i.e., wide voltage window, high ionic conductivity, etc.) and excellent durability of gel biopolymer structures. Both types of WiS-GBEs apply to coin- and pouch-cell compartments of ZM DIBs, offering a high plateau voltage (>1.8 V vs. Zn2+/Zn), good and reversible capacity (118 and 57 mAh g–1 for Zn/Li and Zn/Na cells, respectively), and outstanding cycling stability (more than 90% after 1,000 cycles). Essentially, the pouch cells with WiS-GBEs present superior durability, flexibility, and capacity endurance under various bending stress conditions (90% capacity retention under 0–180° bending modes), indicating their potential capability to power wearable electronics. The practical powering ability of Li- and Na-based pouch systems is demonstrated by the example of a wearable digital timer.
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