Humidity and Pressure Dual-Responsive Metal–Water Batteries Enabled by Three-In-One All-Polymer Cathodes for Smart Self-Powered Systems

材料科学 分离器(采油) 聚吡咯 阳极 聚合物 阴极 电解质 化学工程 纳米技术 电极 复合材料 电气工程 聚合 化学 物理 工程类 物理化学 热力学
作者
Zhengsong Fang,Jiangshan Feng,Xinlong Fu,Jing Li,Xuanhe Hu,Xiuli Xie,Dingshan Yu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:12 (21): 23853-23859 被引量:10
标识
DOI:10.1021/acsami.0c03426
摘要

A conceptually new class of humidity and pressure dual-responsive smart metal-water batteries (SMWBs) is presented, which displays self-tunable energy release and intriguing perceptibility of human respiration and environmental pressure. This battery is enabled by the direct contact of a metal (e.g., Mg or Zn) anode and a well-designed all-polymer dual-sensitive moisture electrode (DSME) made from semiconductive polymer (e.g., polypyrrole)-wrapped 3D macroporous polyurethane sponge, without additional electrolytes and separator. A DSME is cost-effective, easily scalable, compressible, and able to act as a moisture carrier, a hydrogen evolution catalyst, and a pressure and humidity dual-sensitive unit simultaneously. Unique three-in-one integration in the DSME enables favorable modulation of electron/mass transport or redox reactions in the SMWB upon different stimulations. Thus, the assembled SMWB not only delivers good discharge performance with smart energy management but also serves as a reliable self-powered bifunctional responsor for the real-time monitoring of respiration and the perceptibility of pressure. Based on various active metal-polymer pairs (Mg/Zn vs polypyrrole/polyaniline), we also developed a series of dual-responsive batteries, demonstrating a general design idea.
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