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A high power flexible Zn-air battery via concurrent PAA modulation and structural tuning
Energy Storage Materials ( IF 18.9 ) Pub Date : 2024-11-20 , DOI: 10.1016/j.ensm.2024.103923 Nuo Shang, Hengwei Wang, Keliang Wang, Rui Zhang, Daiyuan Zhong, Manhui Wei, Pucheng Pei
Energy Storage Materials ( IF 18.9 ) Pub Date : 2024-11-20 , DOI: 10.1016/j.ensm.2024.103923 Nuo Shang, Hengwei Wang, Keliang Wang, Rui Zhang, Daiyuan Zhong, Manhui Wei, Pucheng Pei
Flexible zinc-air batteries, recognized for their high theoretical energy density, safety, and cost-effectiveness, are promising candidates for next-generation power sources. However, challenges related to gel electrolytes, including low ionic conductivity and inadequate water retention, have impeded their performance and lifespan. In this study, we address these challenges by developing a dual-network gel structure combining 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid (AMPS) and polyacrylic acid (PAA), further modified with KCl and KAc. This approach achieves an ionic conductivity of 367.9 mS cm−1 and significantly enhances water retention, extending the battery life to over 55 h. The KAc modification balances ionic conductivity and gel lifespan. Additionally, we introduced a gel with a maximum thickness of 0.5 mm, fabricated using a modified micro-vertical slot coating device, optimized for solid-state zinc-air batteries. This advancement improved the air electrode structure, facilitating better mass and charge transfer, and resulted in a peak power density of 389.1 mW cm−2 . This study provides valuable insights into the development of flexible zinc-air batteries, particularly for wearable electronic devices, and contributes to resolving key limitations in gel electrolytes through both theoretical and experimental validation.
中文翻译:
通过并行 PAA 调制和结构调谐的高功率柔性 Zn-air 电池
柔性锌空气电池以其高理论能量密度、安全性和成本效益而著称,是下一代电源的有前途的候选者。然而,与凝胶电解质相关的挑战,包括低离子电导率和水保留不足,阻碍了其性能和使用寿命。在这项研究中,我们通过开发一种结合了 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸 (AMPS) 和聚丙烯酸 (PAA) 的双网络凝胶结构来应对这些挑战,并进一步用 KCl 和 KAc 修饰。这种方法实现了 367.9 mS cm-1 的离子电导率,并显着增强了保水性,将电池寿命延长至 55 小时以上。KAc 修饰平衡了离子电导率和凝胶寿命。此外,我们还推出了一种最大厚度为 0.5 mm 的凝胶,该凝胶使用改进的微垂直槽涂层装置制成,针对固态锌空气电池进行了优化。这一进步改善了空气电极结构,促进了更好的质量和电荷转移,并导致峰值功率密度为 389.1 mW cm-2。本研究为柔性锌空气电池的开发提供了有价值的见解,特别是用于可穿戴电子设备的电池,并通过理论和实验验证为解决凝胶电解质的关键限制做出了贡献。
更新日期:2024-11-20
中文翻译:
通过并行 PAA 调制和结构调谐的高功率柔性 Zn-air 电池
柔性锌空气电池以其高理论能量密度、安全性和成本效益而著称,是下一代电源的有前途的候选者。然而,与凝胶电解质相关的挑战,包括低离子电导率和水保留不足,阻碍了其性能和使用寿命。在这项研究中,我们通过开发一种结合了 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸 (AMPS) 和聚丙烯酸 (PAA) 的双网络凝胶结构来应对这些挑战,并进一步用 KCl 和 KAc 修饰。这种方法实现了 367.9 mS cm-1 的离子电导率,并显着增强了保水性,将电池寿命延长至 55 小时以上。KAc 修饰平衡了离子电导率和凝胶寿命。此外,我们还推出了一种最大厚度为 0.5 mm 的凝胶,该凝胶使用改进的微垂直槽涂层装置制成,针对固态锌空气电池进行了优化。这一进步改善了空气电极结构,促进了更好的质量和电荷转移,并导致峰值功率密度为 389.1 mW cm-2。本研究为柔性锌空气电池的开发提供了有价值的见解,特别是用于可穿戴电子设备的电池,并通过理论和实验验证为解决凝胶电解质的关键限制做出了贡献。