电化学测试技术锂离子电池应用（超薄超轻锌微网诱导的柔性高能锌离子电池）

电化学测试技术锂离子电池应用（超薄超轻锌微网诱导的柔性高能锌离子电池）图5.a，b)原位显微镜观察系统和锌微网上锌沉积的示意图。在c-e)Zn薄膜和(i-k)Zn微网上沉积Zn过程中复合电极几何形状的COMSOL多物理模拟。在f-h)Zn薄膜和l-n)Zn微网上的5和10mAh cm−2的初始态Zn沉积对应的显微镜图像。 图4.a)Zn微网电极和b)Zn薄膜电极沉积过程中等浓度线锌离子在电解液中的浓度。灰色区域表示电极，渐变颜色表示离子浓度。c)横截面一维浓度沿X方向法线方向扩展。d)锌薄膜(上)和锌微网(下)上锌沉积示意图.图1.a)锌微网制作工艺流程示意图。b)在不同条件下显示具有柔韧性和可折叠性的大面积锌微网的数码照片。c)锌微网的显微镜照片，插图为锌微网的扫描电镜图像。d)放大单个锌微孔的扫描电镜图像。e)平面Zn薄膜的SEM图像。f)锌微网三维高度图像。g)平面Zn薄膜的三维高度图像。图2.a)厚度为8µm的超薄Zn微网的照片。b)不同衬底的面密度

超柔性、超轻型可充电水基锌离子电池(ZIB)具有环境友好、安全性高等优点，有望成为柔性电子系统的候选材料。目前，ZIB在金属基刚性衬底上的能量密度和循环稳定性都达到了令人满意的水平，而其刚性衬底的刚性严重阻碍了其在便携式电子产品中的广泛商业应用。尽管柔性衬底工程器件方兴未艾，但高比能量柔性ZIB的开发仍然面临着巨大的挑战。

来自湖南大学的学者采用光刻与电化学加工相结合的方法，制备了厚度为8µm、面密度为4.9mgcm−2的柔性超薄、超轻锌微网，其微孔排列规则。独特的微孔工程制备的锌微网具有极好的柔韧性、高的机械强度和更好的润湿性。此外，在COMSOL和原位显微观测系统上的数值模拟也证实了Zn微网的诱导空间选择性沉积。因此，由聚苯胺插层氧化钒阴极和锌微网阳极构建的ZIB具有优异的高倍率性能(电流密度膨胀100倍，保持率为67.6%)和循环稳定性(在10.0Ag−1下循环1000次后仍保持87.6%)。此外，组装后的小袋电池在不同的场景下表现出极好的柔韧性和耐用性，在高能ZIB和柔性电子领域具有广阔的应用前景。相关文章以“Ultrathin and Ultralight Zn Micromesh-Induced Spatial-Selection Deposition for Flexible High-Specific-Energy Zn-Ion Batteries”标题发表在Advanced Functional Materials。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202106550

图1.a)锌微网制作工艺流程示意图。b)在不同条件下显示具有柔韧性和可折叠性的大面积锌微网的数码照片。c)锌微网的显微镜照片，插图为锌微网的扫描电镜图像。d)放大单个锌微孔的扫描电镜图像。e)平面Zn薄膜的SEM图像。f)锌微网三维高度图像。g)平面Zn薄膜的三维高度图像。

图2.a)厚度为8µm的超薄Zn微网的照片。b)不同衬底的面密度和厚度的比较。c)气泡支撑的超轻锌微网的照片。d)锌微网和锌薄膜的拉伸应变测试。e)锌微网的电阻率保持率。

图3. a)不同衬底的成核过电位。b)在电流密度从0.5mA cm−2到5 mA cm−2时，基于锌微网和锌薄膜的对称电池的倍率性能.c)在电流密度为0.5~5 mA cm−2时，计算了Zn微网和Zn 薄膜对称电池的过电位；d)1mA cm−2，1mAh cm−2，e)5 mA cm−2，2 mAh cm−2时，计算了Zn微网和Zn薄膜对称电池的电压分布。

图4.a)Zn微网电极和b)Zn薄膜电极沉积过程中等浓度线锌离子在电解液中的浓度。灰色区域表示电极，渐变颜色表示离子浓度。c)横截面一维浓度沿X方向法线方向扩展。d)锌薄膜(上)和锌微网(下)上锌沉积示意图.

图5.a，b)原位显微镜观察系统和锌微网上锌沉积的示意图。在c-e)Zn薄膜和(i-k)Zn微网上沉积Zn过程中复合电极几何形状的COMSOL多物理模拟。在f-h)Zn薄膜和l-n)Zn微网上的5和10mAh cm−2的初始态Zn沉积对应的显微镜图像。

图6. a)ZM//PVO和ZF//PVO电池在1 mV s−1下的CV曲线。b)ZM//PVO电池的前三条曲线。c)ZM//PVO和ZF//PVO电池的倍率性能。d)ZM//PVO电池的GITT曲线。e)与集电体支承的锌阳极相比，锌微网具有超轻的优越性。

图7.a)ZM//PVO袋单元示意图。本文所制备的ZM//PVO袋单元的b)初始状态，c)弯曲状态，d)折叠状态。

综上所述，本文将光刻技术与电化学加工技术相结合，设计并制造了厚度为8µm、面密度为4.9mg cm−2的柔性超薄超轻锌微网，具有规则排列的微孔。独特的微孔工程锌微网具有极佳的柔韧性和可折叠性，以及很高的机械强度。此外，与平面锌薄膜相比，锌微网具有更低的过电位和更好的循环稳定性。值得注意的是，这种无集电体的超轻锌微网在高比能量电池中具有很大的应用潜力。令人振奋的是，锌微网组装的袋装电池表现出卓越的柔性和持久的稳定性，为未来柔性和可穿戴的电子设备创造了机会。（文：SSC）

本文来自微信公众号“材料科学与工程”。欢迎转载请联系，未经许可谢绝转载至其他网站。