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朱紀(jì)欣/趙陽(yáng)Nano Lett.: 具有超長(zhǎng)穩(wěn)定性的柔性纖維狀鋅離子電池

柔性水系鋅離子電池（ZIBs）由于其成本效益、環(huán)境友好性和高理論能量密度而被認(rèn)為是可穿戴電子產(chǎn)品的有前途的儲(chǔ)能裝置。然而，現(xiàn)有的柔性水系ZIBs普遍循環(huán)壽命差、柔韌性低，嚴(yán)重限制了在柔性可穿戴電子產(chǎn)品中的實(shí)際應(yīng)用。

在此，南京工業(yè)大學(xué)朱紀(jì)欣教授及西北工業(yè)大學(xué)趙陽(yáng)副教授等人通過(guò)在碳納米管纖維上對(duì)自組裝鈷基金屬有機(jī)骨架（MOF）進(jìn)行簡(jiǎn)單的原位氧化處理來(lái)構(gòu)建三維（3D）超薄Co₃O₄納米片的柔性纖維狀電極（Co₃O₄ NSs@CNTF）。

作者以這種自組裝Co₃O₄ NSs@CNTF作為正極和沉積在碳納米管纖維上的Zn納米片（Zn NSs@CNTF）作為負(fù)極，展示了柔性纖維狀的水系ZIB且在溫和且中性的水系電解液中表現(xiàn)出高比容量、優(yōu)異的倍率性能和高工作電位。

圖1. 柔性纖維狀ZIB的制備示意圖和電極材料的形態(tài)表征

此外，通過(guò)在溫和的水系電解液中預(yù)添加痕量Co²⁺陽(yáng)離子的簡(jiǎn)單電解液動(dòng)力學(xué)工程策略，纖維狀電池的循環(huán)壽命大大提高。改進(jìn)的纖維狀ZIB顯示出高比容量（158.70 mAh g^-1@1 A g^-1)、優(yōu)異的倍率容量和出色的循環(huán)壽命（10000次循環(huán)后容量保持率為 97.27%）。

這種纖維狀的ZIB還表現(xiàn)出卓越的柔韌性，在120°下彎曲2000次后仍能很好地保持電化學(xué)性能。最后，將纖維狀的ZIBs編織成毛衣并串聯(lián)起來(lái)可以為具有高安全性的智能手表供電，這表明其在柔性和可穿戴電子產(chǎn)品中顯示出巨大的應(yīng)用前景。

圖2. 柔性纖維狀ZIB的電化學(xué)特性

Electrolyte Dynamics Engineering for Flexible Fiber-Shaped Aqueous Zinc-Ion Battery with Ultralong Stability, Nano Letters 2021. DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c0345

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