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时隔2月！复旦大学彭慧胜团队再发Nature
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iNature 用聚合物凝胶电解质替代液体电解质被认为是解决可穿戴电池安全问题和实现高灵活性的通用有效方法。然而，聚合物凝胶电解质和电极之间的界面较差，由于润湿不足，产生了更差的电化学性能，特别是在电池变形期间。 2024年4月24日，复旦大学彭慧胜团队在Nature 在线发表题为“High-performance fibre battery with polymer gel electrolyte”的研究论文，该研究报告了一种设计电极通道结构的策略，以结合聚合物凝胶电解质，并为高性能可穿戴电池形成亲密和稳定的界面。多个电极纤维一起旋转形成排列通道，同时每个电极纤维的表面设计有网络通道。单体溶液首先沿着排列的通道有效渗透，然后进入网络通道。然后，这些单体被聚合成凝胶电解质，并与电极形成亲密而稳定的界面。 所得纤维锂离子电池(FLB)表现出较高的电化学性能(例如，能量密度约为128 Wh k-1)。该策略还实现了FLB的生产，每个缠绕单元的速率高达3600 m h-1。连续的flb被编织成50厘米× 30厘米的纺织品，提供2,975毫安时的输出容量。FLB纺织品在极端条件下安全工作，例如- 40°C和80°C的温度和- 0.08 MPa的真空。FLB有望应用于消防和太空探索。 另外，2024年2月7日，复旦大学彭慧胜、王兵杰、王永刚、南京大学周豪慎、浙江大学陆俊共同通讯在Nature 在线发表题为“A rechargeable calcium–oxygen battery that operates at room temperature”的研究论文，该研究报告了一种在室温下可充电700次的Ca-O2电池。该电池依靠高度可逆的双电子氧化还原形成化学反应性过氧化钙(CaO2)作为放电产物。使用耐用的离子液体电解质，通过促进室温下Ca金属阳极中的Ca镀剥离和改善空气阴极中的CaO2/O2氧化还原，实现了这种双电子反应。该研究展示了所提出的Ca-O2电池在空气中是稳定的，可以制成柔性纤维，编织成下一代可穿戴系统的纺织电池（）。 纤维锂离子电池(FLB)通常是通过将阴极纤维和阳极纤维缠绕在一起来制造的，纤维是通过将电极浆液加载到集流器上，然后注入或吸收液体电解质来制备的。为了提高安全性和实现实际应用，也使用凝胶电解质代替液体电解质来制造FLB，但由于凝胶电解质难以渗透，导致凝胶电解质-电极界面较差，因此能量密度非常低(通常小于10 Wh kg-1)。 该研究设计了具有排列和网络通道的纤维电极，以有效地吸收凝胶电解质。使用分离器一起旋转多个阴极纤维和阳极纤维，在纤维之间产生对齐的通道。通过在薄纤维集流器上先沉积小而大的活性颗粒来制备阴极和阳极纤维，实现颗粒层致密稳定，颗粒之间形成网状的内小通道和外大通道。与其他不同的颗粒层设计相比，具有较低的界面电阻和较高的比容量输出。 排列的通道尺寸为数十微米，网状的内部小通道和外部大通道尺寸分别为几微米和几十微米。网络通道的连通率高达99%左右，沉积层的孔隙率高达40%左右。制备了一种粘度低于5 mPa s的低单体溶液，并在几秒钟内沿排列通道快速渗透，然后进入网络通道。然后通过单体聚合形成聚合物凝胶电解质，产生FLB的凝胶电解质-电极界面。 聚合物凝胶电解质制备FLB（图源自Nature ） 总之，该研究已经开发出了高性能的FLB，聚合物凝胶电解质通过设计电极纤维之间的排列通道和它们内部的网络通道，与电极纤维紧密稳定地结合在一起。由通道电极纤维组装的FLB显示出约128 Wh kg-1的高能量密度，以及足够的灵活性和稳定性，可以承受100,000次变形循环。FLB也非常安全，即使在80°C和- 40°C的高温和低温以及- 0.08 MPa的真空等极端条件下也能有效工作。在工业规模生产和应用中，以每个缠绕单元3,600 m h-1的高速率制备了FLB。这些FLB是编织为一种大面积的动力纺织品，输出类似于商用电池的高容量，为柔性电子、生物医学工程、空间探索和可穿戴设备等各种应用领域提供了一种以前未知的有效电源。 原文链接： https://www.nature.com/articles/s41586-024-07343-x —END— 内容为【iNature】公众号原创， 转载请写明来源于【iNature】 微信加群 iNature汇集了4万名生命科学的研究人员及医生。我们组建了80个综合群（16个PI群及64个博士群），同时更具专业专门组建了相关专业群（植物，免疫，细胞，微生物，基因编辑，神经，化学，物理，心血管，肿瘤等群）。温馨提示：进群请备注一下（格式如学校+专业+姓名，如果是PI/教授，请注明是PI/教授，否则就直接默认为在读博士，谢谢）。可以先加小编微信号（love_iNature），或者是长按二维码，添加小编，之后再进相关的群，非诚勿扰。 投稿、合作、转载授权事宜 请联系微信ID：13701829856 或邮箱：iNature2020@163.com 觉得本文好看，请点这里！
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