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Fabrication of an Energy-Dense, Binder-Free Zn//V5O12·6H2O Solid-State In-Plane Flexible Battery via a Rapid and Scalable Approach
ACS Applied Energy Materials ( IF 5.4 ) Pub Date : 2023-01-20 , DOI: 10.1021/acsaem.2c03670
Prahlad Yadav 1 , Nataraj Sanna Kotrappanavar 1, 2 , Pooja B. Naik 1 , Hemanth Kumar Beere 1 , Ketaki Samanta 3 , Naveen S. Reddy 1 , Jari S. Algethami 4, 5 , Mohammed Jalalah 4, 6 , Farid A. Harraz 4, 7 , Debasis Ghosh 1
ACS Applied Energy Materials ( IF 5.4 ) Pub Date : 2023-01-20 , DOI: 10.1021/acsaem.2c03670
Prahlad Yadav 1 , Nataraj Sanna Kotrappanavar 1, 2 , Pooja B. Naik 1 , Hemanth Kumar Beere 1 , Ketaki Samanta 3 , Naveen S. Reddy 1 , Jari S. Algethami 4, 5 , Mohammed Jalalah 4, 6 , Farid A. Harraz 4, 7 , Debasis Ghosh 1
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Herein we demonstrate the fabrication of a high-performance rechargeable zinc ion battery based on a laser-scribed carbon (LSC)-supported electrodeposited zinc anode and vanadium oxide (V5O12·6H2O) cathode with a planar-interdigitated electrode architecture and a polymeric solid electrolyte. This is the first report on a full-cell Zn//V5O12·6H2O planar flexible battery where a practical zinc loading (∼76 times that of the cathode loading) is maintained. The electrodeposited Zn@LSC anode showed excellent stability with very low polarization over the tested 500 h (750 cycles). We demonstrate a high initial capacity of 325 mAh/g for the Zn//V5O12·6H2O planar battery at 2 A/g in a 3 M ZnSO4 aqueous electrolyte. However, the capacity dropped to 70 mAh/g only after 1000 cycles. Nonetheless, the cell performance, in particular the cycle stability, was significantly improved when the aqueous electrolyte was replaced with a gelatin/ZnSO4/glutaraldehyde-based solid-state electrolyte. The solid-state planar battery showed a high initial capacity of 556 mAh/g at 0.1 A/g current corresponding to an energy density of 381 Wh/kgactive cathode and an impressive cycle stability with only 0.0067% capacity loss per cycle over 5500 cycles at 2 A/g. The cell also demonstrated excellent flexibility with comparable specific capacity under different bending conditions. The solid-state device exhibited a high areal energy density of 72 and 14 μWh/cm2 at the corresponding areal power density of 130 and 2511 μW/cm2, respectively. Overall, the rapid (complete device fabrication in ∼2 h) and scalable fabrication approach, high performance with excellent safety features, and accompanying high flexibility make the as-fabricated Zn//V5O12·6H2O planar flexible battery suitable for next-generation flexible electronics applications.
中文翻译:
通过快速和可扩展的方法制造能量密集、无粘合剂的 Zn//V5O12·6H2O 固态平面内柔性电池
在此,我们展示了基于激光划线碳 (LSC) 支撑的电沉积锌阳极和氧化钒 (V 5 O 12 ·6H 2 O) 阴极和平面叉指电极结构的高性能可充电锌离子电池的制造和聚合物固体电解质。这是关于全电池 Zn//V 5 O 12 ·6H 2 O 平面柔性电池的第一份报告,其中维持了实际的锌负载(约为阴极负载的 76 倍)。电沉积的 Zn@LSC 阳极在测试的 500 小时(750 个循环)中表现出极佳的稳定性和极低的极化。我们证明 Zn//V 5 O 12的初始容量高达 325 mAh/g·在 3 M ZnSO 4水溶液电解质中 2 A/g 的 6H 2 O 平面电池。然而,容量仅在 1000 次循环后才下降到 70 mAh/g。尽管如此,当将含水电解质替换为基于明胶/ZnSO 4 /戊二醛的固态电解质时,电池性能,尤其是循环稳定性得到了显着改善。固态平面电池在 0.1 A/g 电流下显示出 556 mAh/g 的高初始容量,对应于 381 Wh/kg活性阴极的能量密度以及令人印象深刻的循环稳定性,在 2 A/g 下超过 5500 次循环后,每次循环的容量损失仅为 0.0067%。该电池还表现出出色的柔韧性,在不同的弯曲条件下具有相当的比容量。固态器件在相应的面功率密度分别为 130 和 2511 μW /cm 2时表现出 72 和 14 μWh/cm 2的高面能量密度。总的来说,快速(约 2 小时内完成器件制造)和可扩展的制造方法、具有出色安全特性的高性能以及伴随的高灵活性使得制造的 Zn//V 5 O 12 ·6H 2 O平面柔性电池适用于下一代柔性电子应用。
更新日期:2023-01-20
中文翻译:
![](https://scdn.x-mol.com/jcss/images/paperTranslation.png)
通过快速和可扩展的方法制造能量密集、无粘合剂的 Zn//V5O12·6H2O 固态平面内柔性电池
在此,我们展示了基于激光划线碳 (LSC) 支撑的电沉积锌阳极和氧化钒 (V 5 O 12 ·6H 2 O) 阴极和平面叉指电极结构的高性能可充电锌离子电池的制造和聚合物固体电解质。这是关于全电池 Zn//V 5 O 12 ·6H 2 O 平面柔性电池的第一份报告,其中维持了实际的锌负载(约为阴极负载的 76 倍)。电沉积的 Zn@LSC 阳极在测试的 500 小时(750 个循环)中表现出极佳的稳定性和极低的极化。我们证明 Zn//V 5 O 12的初始容量高达 325 mAh/g·在 3 M ZnSO 4水溶液电解质中 2 A/g 的 6H 2 O 平面电池。然而,容量仅在 1000 次循环后才下降到 70 mAh/g。尽管如此,当将含水电解质替换为基于明胶/ZnSO 4 /戊二醛的固态电解质时,电池性能,尤其是循环稳定性得到了显着改善。固态平面电池在 0.1 A/g 电流下显示出 556 mAh/g 的高初始容量,对应于 381 Wh/kg活性阴极的能量密度以及令人印象深刻的循环稳定性,在 2 A/g 下超过 5500 次循环后,每次循环的容量损失仅为 0.0067%。该电池还表现出出色的柔韧性,在不同的弯曲条件下具有相当的比容量。固态器件在相应的面功率密度分别为 130 和 2511 μW /cm 2时表现出 72 和 14 μWh/cm 2的高面能量密度。总的来说,快速(约 2 小时内完成器件制造)和可扩展的制造方法、具有出色安全特性的高性能以及伴随的高灵活性使得制造的 Zn//V 5 O 12 ·6H 2 O平面柔性电池适用于下一代柔性电子应用。