陈忠伟/王新Angew: 用于柔性可充电锌空气电池的分级纳米结构固态电解质

构建用于柔性锌-空气电池（ZABs）的安全、环保和高本征氢氧化物离子导电性的固态电解质（SSE）至关重要，但也极具挑战性。

在此，加拿大滑铁卢大学陈忠伟院士、华南师范大学王新研究员等人受钢筋混凝土结构的启发，通过将双阳离子离子液体（PDIL）限制在坚固的3D多孔阳离子纤维素纳米纤维基底（CCNF）中构建了高度柔性、OH导电、具有分级纳米结构的CCNF-PDIL SSE，并将其用于可充电和柔性固态ZAB。

得益于丰富的离子传导通道、坚固的3D CCNF骨架和强非共价相互作用的协同作用，再加上CCNF 和PDIL链的高亲水性，CCNF-PDIL SSE表现出超高OH电导率、机械稳定性、高吸水性和良好的保留性。这种在坚固的CCNF网络（钢筋）中浸渍高导电性 PDIL（混凝土）的策略实现了离子电导率和机械强度的结合，从而缓解了SSE离子电导率和机械强度之间长期存在的困境。

图1. 具有分层纳米结构的CCNF-PDIL SSE的设计及表征

因此，采用CCNF-PDIL SSE组装的柔性固态ZABs表现出高放电电压、135 mW/cm²的高峰值功率密度、775 mAh/g的优异比容量及240小时的超长循环时间，这远优于商用A201和传统的基于聚乙烯醇（PVA）的电池及最先进的固态电池。

此外，制成的固态电池在恶劣的弯曲条件下没有发生性能下降，这表明其作为柔性电子产品的电源的巨大潜力。作者通过分子动力学模拟深入揭示和可视化了CCNF-PDIL SSEs的纳米结构和相应的OH传导机制，为电池高导电SSEs的设计提供了启示。总之，这种使用天然生物材料和多功能离子液体制备SSE的新概念为开发安全、环保、灵活的固态电池开辟了巨大的可能性。

图2. 基于CCNF-PDIL SSE组装的柔性固态ZAB的电化学性能

Hierarchically Nanostructured Solid-State Electrolyte for Flexible Rechargeable Zinc-Air Batteries, Angewandte Chemie International Edition 2022. DOI: 10.1002/anie.202117703

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