Small Methods:高能量效率的抗冻柔性锌空气电池——基于DMSO有机水凝胶电解质

随着人们对便携式与可穿戴电子产品的需求日益增加,锌空气电池因具有能量密度高、安全性好、成本低、环境友好等优点而受到了广泛的关注。目前,柔性锌空气电池的开发取得了显著进步,但仍存在几个亟待解决的关键问题。首先,由于氧还原和氧析出(ORR/OER)反应的高过电位导致锌空气电池的能量效率较低。其次,在低温环境下锌空气电池的电化学性能和柔性会大幅降低甚至失效。

针对以上问题,中南大学李娟教授和孙晓毅副教授等人报道了二甲亚砜(DMSO)基有机水凝胶电解质用于构建柔性锌空气电池,能显著提高柔性锌空气电池的抗冻性和能量效率。

在该项研究中,研究团队将聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸/聚丙烯酰胺(PAPMS/PAAm)双网络水凝胶浸泡在含一定浓度DMSO的氢氧化钾电解液中,通过溶剂置换方法制备得到DMSO基有机水凝胶电解质。由于DMSO和凝胶聚合物网络以及水分子之间的相互作用,DMSO不仅增强了有机水凝胶电解质的机械强度和抗冻性,还赋予凝胶电解质优异的低温离子传导性和保水性能。DMSO可以破坏水分子间的氢键,同时改变锌空气电池中常规OER反应的路径,因此DMSO基有机水凝胶电解质能有效提高锌空气电池的抗冻性和电化学性能,尤其是能量效率。所制备得到的柔性锌空气电池具有1.63V的低充电电压,74.2%的高能量效率,在−40℃时仍表现出562 mAh/g的比容量和523.4 Wh/kg的能量密度。此外,所设计的柔性锌空气电池在-40℃低温环境和各种机械形变条件下都能保持稳定的输出,在便携式和可穿戴电子领域具有巨大的应用潜力。该研究工作为凝胶电解质的设计提供了新见解,为柔性锌空气电池的后续研究提供了重要参考。

中南大学化学化工学院硕士研究生蒋丁青为论文第一作者,孙晓毅副教授和李娟教授为论文共同通讯作者。

论文信息:

Flexible Zinc–Air Battery with High Energy Efficiency and Freezing Tolerance Enabled by DMSO-Based Organohydrogel Electrolyte

Dingqing Jiang, Hongyang Wang, Shuang Wu, Xiaoyi Sun*, Juan Li*

Small Methods

DOI: 10.1002/smtd.202101043

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/smtd.202101043