生物质水凝胶电解质原位稳定锌离子电池正极的研究

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水系锌离子电池（AZIBs）因其高能量密度和成本效益优势，在电网级储能系统中具有应用潜力。然而，正极材料溶解和电极材料中预嵌入金属离子的不可逆提取严重限制了AZIBs的循环稳定性。本研究报道了一种正极稳定化锌离子电池策略，采用天然生物质高分子海藻酸钠作为电解质基体，与Na⁺预嵌入的δ-Na₀.₆₅Mn₂O₄·1.31H₂O正极材料耦联。凝胶化后海藻酸钠中解离的Na⁺直接稳定正极，通过防止充电过程中层状结构的坍塌来维持电极完整性。所制备的锌离子电池在0.1 A g⁻¹电流密度下获得305 mA h g⁻¹的高容量，比水系电解质电池提高10%。该混合聚合物电解质表现出超过99%的库仑效率和在2 A g⁻¹条件下1000次循环内96%的容量保持率。结合原位实验的详细研究揭示了电池的充放电储能机制和稳定性机理，确认了Zn²⁺和预嵌入Na⁺的可逆扩散行为。采用真空辅助树脂传递模塑（VARTM）工艺制备的柔性锌离子电池器件在1 A g⁻¹电流密度下获得160 mA h g⁻¹的优异性能，展示了其在可穿戴电子产品大规模生产中的应用前景。

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