Small:高能量密度、高稳定性的新型织物基微型钴锌电池

随着微型可穿戴电子设备的高速发展,高效柔性微型储能装置受到广泛关注。相较于容量较低的微型超级电容器和受安全问题困扰的微型锂离子电池,可充电式微型钴锌电池凭借其高安全性,高容量以及丰富的锌储量备受关注。然而,目前大部分报道的钴锌电池仍饱受低能量密度,较差的循环稳定性及锌枝晶导致短路等问题的困扰,从而限制其广泛发展。研究表明,限制钴锌电池发展的主要瓶颈是由低容量且可逆性差的正极导致的较低能量密度以及由锌枝晶导致的短路问题。一方面,通过构筑三维分级结构电极能有效提升活性材料负载量及电子/离子传输速率,从而解决正极容量低的问题,此外,优化锌负极及机械式隔离能有效缓解锌枝晶导致的短路问题。然而受限于微型电池的微小结构及有限的微加工工艺的限制,将以上优化策略应用于微型电池仍是一种挑战。

武汉理工大学麦立强教授设计并构筑出一种具备高能量密度、高稳定性的新型织物基微型钴锌电池。得益于高电导的三维镀镍织物集流体及具有协同效应的Co(OH)2@NiCo-LDH核壳结构式电极,电池的容量及电化学动力学得以提升,所制得的柔性微型钴锌电池可提供0.17 mWh cm−2/14.4 mW cm−2的高能量/功率密度,超过了大部分已报道的微型储能装置。此外,通过优化锌负极及设计新型“沟壑式”电池构型,调控了电极表面及电池内部的电场分布,从而缓解了由锌枝晶引发的短路问题,致使所制得的微型电池具有较高的稳定性。该研究团队还提出了一套高效、简洁且适用于柔性微型器件的微加工工艺,并成功构筑出高机械强度的柔性微型电池。该工作所提出的微型电池的构筑工艺以及新型电池构型为柔性微型电池的发展开辟了一条新的途径。相关研究工作以“Wearable Textile-Based Co-Zn Alkaline Microbattery with High Energy Density and Excellent Reliability”为题发表在Small(DOI: 10.1002/smll.202000293)上。