High‑Voltage Flexible Aqueous Zn‑Ion Battery with Extremely Low Dropout Voltage and Super‑Flat Platform
Zhe Chen, Panpan Wang, Zhenyuan Ji, Hua Wang, Jie Liu, Jiaqi Wang, Mengmeng Hu, Yan Huang*Nano-Micro Lett.(2020)12:75https://doi.org/10.1007/s40820-020-0414-6本文亮点 1 设计一款1.8 V高放电电压水系可穿戴电池,并具有超稳的电压平台,0.1 V的电压降,120 Wh/kg的电池能量密度和优异的倍率性能。2 该电池在锤击、缝纫、钻孔和浸水的情况下依然维持性能稳定,具有广阔的应用前景。研究背景 为适应未来电子器件的使用需求,水系电池在安全性能和可穿戴性能上取得了较大的突破,体现出巨大的应用前景。但是高电压正极材料和宽电化学稳定窗口电解质的缺乏阻碍了水系电池的进一步发展。并且,两个非常重要的性能参数一直在水系电池研究中被忽略:稳定的充放电平台和充放电平台之间的跌落电压。我们基于以上的几点,结合目前最具潜力的锌离子电池电极材料与柔性电解质,设计了一款性能稳定、安全的柔性水系锌离子电池。 内容简介
哈尔滨工业大学(深圳)材料科学与工程学院黄燕教授团队创新性地提出电池的平台电压稳定性和充放电电压降性能参数。不同于以往研究中所关注的循环性能与倍率性能,平台电压、稳定性以及电压降在电池为用电器供电尤其是精密仪器供电过程中,更加重要。团队以普鲁士蓝类似物(Prussian Blue Analogues,PBAs)和金属锌为原料,水凝胶为电解质载体,制备了一种轻量的柔性电池器件,同时具有高电压、稳定的电压平台、极小的充放电电压差和优异的倍率性能,并在极端的破坏条件下显示出极佳的安全性能。
水系电池的产生在很大程度上解决了商业锂离子电池面临的锂资源匮乏、电解液有毒、组装工艺复杂等问题。水系电池本征的安全性能带来较大的安全优势,依旧不足以应对电子器件复杂的使用条件,其电性能也不可与商业电池相比拟。因此,高性能、高安全的研究目标就成为推动水系电池蓬勃发展的不懈动力。其中,水系锌离子电池(Zinc Ion Battery, ZIB)独特地利用金属锌为负极材料,制备简单,电极电势低,理论容量大,成为研究人员关注的焦点,衍生出四大体系,即:普鲁士蓝体系、锰基体系、钒基体系和聚合物电极体系。但目前报道的电池文献中,电池电压较低,电压衰减明显,电池内耗大等现象普遍存在,难以满足实际使用中的性能要求。