聚吡咯@二氧化錳/碳納米管薄膜電極的制備及在高性能鋅離子電池中的應(yīng)用

沈曉帆，王曉娜，俞能晟，楊薇，周雨融，石艷紅，王玉蓮,3，董立忠,3，邸江濤 ,3,＊，李清文 ,3,＊

1中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所，先進(jìn)材料部，中國(guó)科學(xué)院多功能材料與輕巧系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 蘇州 215123

2中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)納米科學(xué)技術(shù)學(xué)院，江蘇 蘇州 215123

3中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)納米技術(shù)與納米仿生學(xué)院，合肥 230026

1 引言

鋰離子電池具有較高的能量密度和寬的電位窗口，被廣泛應(yīng)用于便攜式可穿戴設(shè)備中1,2。然而，有機(jī)電解質(zhì)體系通常有毒且易燃，存在嚴(yán)重的安全隱患。同時(shí)，鋰離子電池的物料成本高，組裝工藝復(fù)雜等問(wèn)題帶來(lái)的挑戰(zhàn)也不容忽視。因此亟待研發(fā)一款安全、低成本、高性能的儲(chǔ)能器件來(lái)滿足柔性可穿戴設(shè)備的使用需求3。

近些年，鋅離子電池(ZIBs)的研究越來(lái)越受到科學(xué)界的關(guān)注。相對(duì)于鋰電池、鈉電池等有機(jī)體系電池，鋅離子電池使用水系電解質(zhì)，可以避免電池自燃、爆炸等安全性問(wèn)題4,5。此外，金屬鋅還具有體積容量高(5851 mAh·mL-1)，還原電位低(-0.76 Vvs.SHE)，價(jià)格低廉(約為金屬鋰的八分之一)6等優(yōu)點(diǎn)。因此，水系鋅離子電池具備廣泛的應(yīng)用前景。

鋅離子電池的正極材料主要包括錳基材料7-9、釩基材料10-12、普魯士藍(lán)13,14和聚陰離子化合物15等。其中二氧化錳具備比容量高、價(jià)格低廉和易于加工等特性，是鋅離子電池中少數(shù)具有大規(guī)模生產(chǎn)潛力的正極材料16-18。然而，二氧化錳存在導(dǎo)電性差，且在充放電過(guò)程中有著不可逆溶解等問(wèn)題，從而影響電池的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性19。為了提高二氧化錳的導(dǎo)電性，人們?cè)O(shè)計(jì)了納米結(jié)構(gòu)的二氧化錳，并與輕質(zhì)高導(dǎo)電的碳材料進(jìn)行復(fù)合20。Xu等21采用共沉淀法合成了二氧化錳納米棒/碳納米管復(fù)合材料，使電極的電荷傳遞效率有所提高。Guo等22利用氧化石墨烯還原高錳酸鉀得到二維層狀的δ-MnO2納米片，這種片層結(jié)構(gòu)可以通過(guò)促進(jìn)離子擴(kuò)散來(lái)提高電池循環(huán)穩(wěn)定性。Tan等23在導(dǎo)電碳布上生長(zhǎng)二氧化錳，得到大比表面積和高孔隙率的正極材料，提升電子/離子的轉(zhuǎn)移效率，從而改善了電池的倍率性能。因此，二氧化錳的復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是進(jìn)一步提高正極材料導(dǎo)電性的關(guān)鍵。

根據(jù)鋅離子電池的鋅-氫共嵌入反應(yīng)機(jī)理24,25，以錳氧八面體為基本組成單元的二氧化錳(α、β和γ等相)在充放電過(guò)程中會(huì)發(fā)生復(fù)雜的構(gòu)型變化，因此易從電極表面脫落7。為了解決這一問(wèn)題，目前主要有電解液調(diào)控、涂層法和插層法。美國(guó)太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室Liu團(tuán)隊(duì)7通過(guò)提高電解液中的錳離子濃度并限制氫離子濃度來(lái)抑制二氧化錳的溶解。武漢理工大學(xué)麥立強(qiáng)課題組26通過(guò)在電極表面噴涂石墨烯，穩(wěn)定了二氧化錳的孔道結(jié)構(gòu)。復(fù)旦大學(xué)夏永姚團(tuán)隊(duì)27通過(guò)界面反應(yīng)法將聚苯胺插層到二氧化錳晶格中，拓寬和穩(wěn)固了二氧化錳的儲(chǔ)鋅“隧道”結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了5000次穩(wěn)定長(zhǎng)循環(huán)。盡管可以通過(guò)電極設(shè)計(jì)和電解液調(diào)控來(lái)提高全電池的電化學(xué)性能，但是設(shè)計(jì)可以提高二氧化錳導(dǎo)電性并抑制其溶解的電極材料仍是具有挑戰(zhàn)性的工作。

本文設(shè)計(jì)了以碳納米管(CNT)網(wǎng)絡(luò)薄膜為柔性導(dǎo)電基底，聚吡咯(PPy)包覆二氧化錳(PPy@MnO2/CNT)的柔性自支撐正極材料，并將其應(yīng)用于水系鋅錳電池。其中，碳納米管和聚吡咯構(gòu)筑形成三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，可有效提升電極的電子/離子傳輸效率，從而提高電池的倍率性能；利用聚吡咯包覆納米二氧化錳的結(jié)構(gòu)來(lái)抑制二氧化錳在循環(huán)過(guò)程中的不可逆溶解，提升電池的循環(huán)穩(wěn)定性。此外，使用黃原膠準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)可以構(gòu)筑柔性可折疊電池并抑制鋅枝晶的生長(zhǎng)。這種多級(jí)結(jié)構(gòu)電極的設(shè)計(jì)思路將為柔性儲(chǔ)能器件的研發(fā)提供參考。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 PPy@MnO2/CNT的制備

單壁碳納米管購(gòu)自O(shè)CSiAl公司，其余化學(xué)試劑均購(gòu)買自上海阿拉丁生化科技股份有限公司。吡咯在使用前需重新蒸餾保持純度。

首先，將1.11 g高錳酸鉀均勻地分散在50 mL蒸餾水中，然后將16.0 mg碳納米管加入上述溶液中，超聲30 min后水浴加熱至90 °C保持1 h自然冷卻后備用。同時(shí)將1.20 g對(duì)甲苯磺酸(p-TSA)和0.5 mL吡咯(Py)分散在50 mL蒸餾水中，超聲0.5 h形成均勻溶液。將上述溶液快速混合然后冰水浴反應(yīng)12 h。取出樣品，并將其用蒸餾水清洗三次，60 °C烘干。最后，將烘干后的樣品在空氣氣氛中進(jìn)行退火(時(shí)長(zhǎng)2 h，溫度150 °C)。在電極制備過(guò)程中調(diào)控吡咯的添加量(0、0.25、1.0 mL)獲得相應(yīng)樣品，以此作為對(duì)照組。

2.2 PPy@MnO2/CNT的材料表征

采用掃描電鏡(Quanta 400 FEG，F(xiàn)EI)、透射電鏡(Tecnia G2 F20 S-Twin)、X射線衍射儀(Bruker AXS)、顯微共焦拉曼光譜儀(LabRAM HR Evolution)和傅里葉變換紅外光譜儀(FTIR，Thermo，NICOLET-iN10)表征材料的微觀形貌及物質(zhì)結(jié)構(gòu)。采用熱重量分析儀(NETZSCH TG 209 F01)分析材料退火溫度。

2.3 柔性電池的組裝

稱取12.56 mg PPy@MnO2/CNT、22 mg十二烷基苯磺酸鈉和15 mg CNT并將其均勻地分散在50 mL蒸餾水中，超聲30 min，并將抽濾成膜。將4 g黃原膠均勻的混入20 mL的電解液中(2 mol·L-1ZnSO4和0.1 mol·L-1MnSO4)，攪拌均勻獲得黃原膠準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)28。依次將PET膜、正極材料、黃原膠準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)、鋅片、PET膜組裝在一起構(gòu)筑柔性電池。活性物質(zhì)負(fù)載量約為1 mg·cm-2。稱取12.56 mg不同吡咯含量的活性物質(zhì)，抽濾成膜，其余操作不變，組裝柔性鋅錳電池作為對(duì)比組。

2.4 柔性電池的電化學(xué)測(cè)試

采用CHI760E電化學(xué)工作站進(jìn)行循環(huán)伏安法(CV)和交流阻抗(EIS，0.01 Hz至100 kHz)測(cè)試。使用藍(lán)電測(cè)試系統(tǒng)(LAND CT2001A)進(jìn)行長(zhǎng)循環(huán)測(cè)試和倍率性能測(cè)試。

3 結(jié)果與討論

3.1 電極的制備及表征

本文設(shè)計(jì)的PPy@MnO2/CNT復(fù)合薄膜電極合成路線如圖1a所示，將高錳酸鉀和碳納米管按照一定的比例均勻混合，再加入對(duì)甲苯磺酸和吡咯單體，冰水浴靜置反應(yīng)，得到PPy@MnO2/CNT粉末。將碳納米管與PPy@MnO2/CNT粉末混合均勻并抽濾成膜，形成相互交聯(lián)的三維膜電極。圖1b為PPy@MnO2/CNT電極微觀結(jié)構(gòu)演變示意圖。高錳酸鉀通過(guò)刻蝕反應(yīng)在碳納米管表面原位生長(zhǎng)二氧化錳，并為下一步二氧化錳的均勻生長(zhǎng)提供形核位點(diǎn)。接著，加入對(duì)甲苯磺酸和吡咯，在碳納米管表面形核位點(diǎn)處生長(zhǎng)二氧化錳和聚吡咯復(fù)合物。

圖1 PPy@MnO2/CNT復(fù)合膜電極的制備Fig. 1 Schematic illustration of PPy@MnO2/CNT.

本實(shí)驗(yàn)采用碳納米管薄膜作為集流體，并對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單的測(cè)試。拉曼光譜如圖S1a (Supporting Information)所示，ID/IG值為0.03，說(shuō)明碳納米管缺陷較少。利用四探針測(cè)量法得出電導(dǎo)率為586.8 S·cm-1(圖S1b)。如圖S1c所示，碳納米管薄膜由交聯(lián)的碳納米管束構(gòu)成，管束之間存在大孔，便于離子傳輸。由上可知，碳納米管薄膜導(dǎo)電性良好，是一種優(yōu)秀的電極基底材料。

圖2a，b是PPy@MnO2/CNT復(fù)合材料在不同放大倍率下的掃描電鏡圖。由圖中可以看到大量的納米棒狀結(jié)構(gòu)，單個(gè)納米棒的直徑約在100 nm左右，長(zhǎng)約500 nm，管徑分布比較均勻。納米棒之間由約10 nm左右的單壁碳納米管相互連接。圖2c和圖S2e (Supporting Information)為復(fù)合材料的透射電子顯微鏡圖(TEM)，從圖中可以看出納米棒上均勻附著一層二氧化錳納米片，二氧化錳片層之間填充了無(wú)定形的聚吡咯，外表層的聚吡咯的厚度約為5 nm。因?yàn)楦咤i酸鉀的刻蝕作用使碳納米管為二氧化錳的片層生長(zhǎng)提供了形核位點(diǎn)，二氧化錳在碳納米管壁上無(wú)固定取向生長(zhǎng)，同時(shí)吡咯在二氧化錳片層間進(jìn)行聚合反應(yīng)。高導(dǎo)電性的碳納米管與二氧化錳和聚吡咯結(jié)合在一起，可以有效提高三維復(fù)合電極的電荷傳輸能力。三維的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和聚吡咯包覆層為二氧化錳在脫嵌離子的過(guò)程中產(chǎn)生的體積膨脹提供了緩沖層，可以有效提高電極循環(huán)壽命。此外，隨著電極中聚吡咯含量的增加，PPy@MnO2/CNT顆粒的尺寸也會(huì)變大(圖S2a-d，Supporting Information)。

圖2 PPy@MnO2/CNT電極結(jié)構(gòu)表征圖Fig. 2 Characterization of the PPy@MnO2/CNT cathode.

圖2d是PPy@MnO2/CNT復(fù)合電極在空氣氣氛中的熱重曲線。在200 °C附近，存在一個(gè)明顯的失重階段，這主要源于復(fù)合電極中聚吡咯的熱解，為了避免聚吡咯被破壞，我們選擇退火溫度為150 °C。圖2e為PPy@MnO2/CNT復(fù)合材料在退火前后的紅外表征圖。在770 cm-1附近的峰屬于二氧化錳的Mn－O鍵振動(dòng)，且在退火后強(qiáng)度明顯升高，證明退火有助于二氧化錳的結(jié)晶化；在1033 cm-1附近的特征峰為C－H和C－N的伸縮振動(dòng)，在1200、1369和1646 cm-1附近的特征峰分別為吡咯環(huán)的伸縮振動(dòng)、變形振動(dòng)和C＝C鍵的平面伸縮振動(dòng)，證明了原始樣品和退火后的樣品中均存在聚吡咯。然而，退火后的樣品在2418 cm-1附近屬于CO2的特征峰明顯增強(qiáng)，說(shuō)明退火會(huì)影響聚吡咯的熱穩(wěn)定性29。

圖2f顯示了PPy@MnO2/CNT復(fù)合電極的X射線衍射圖譜。從圖中可以看出，退火后的二氧化錳特征峰與典型的α相二氧化錳的特征峰(JCPDS：44-0141)有較好的匹配度，其中在2θ為12.7°、28.8°、46.3°、52.8°和69.7°處的衍射峰分別對(duì)應(yīng)晶面(110)、(310)、(301)、(411)、(541)。在26°處尖銳的衍射峰是碳納米管的(002)晶面。在22°處有一個(gè)低而寬的衍射峰，是聚吡咯的特征峰30。

3.2 柔性固態(tài)電池電化學(xué)性能分析

我們利用黃原膠的高耐鹽特性制備獲得了結(jié)構(gòu)、性質(zhì)穩(wěn)定的準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)28，并以鋅片作為負(fù)極，PPy@MnO2/CNT薄膜為正極組裝柔性鋅錳電池。圖3a為電池的循環(huán)伏安(CV)曲線，可以看出電池在低掃速下存在兩對(duì)明顯的氧化還原峰。為了驗(yàn)證電池在低電流密度下的放電機(jī)理，對(duì)其在不同放電電壓下進(jìn)行交流阻抗測(cè)試見圖S3(Supporting Information)。結(jié)果表明電池在高電位(1.4，1.3 V)下的歐姆電阻與低電位(1.1，1.2 V)下幾乎相同(2-3 Ω)。然而，電池的電荷轉(zhuǎn)移電阻在高電位下的值明顯低于低電壓下的值。考慮到鋅離子的離子半徑大于氫離子，所以插入到二氧化錳內(nèi)部受到的阻力也大于氫離子，因此在高電位發(fā)生的是氫離子插入，在低電位發(fā)生的是鋅離子插入，這與文獻(xiàn)中得到的結(jié)論也相符7,24。

圖3 鋅錳電池的電化學(xué)性能表征Fig. 3 Electrochemical performance of ZIB.

電池在高掃速下只存在一對(duì)大的氧化還原峰，猜測(cè)該體系可能存在非本征贗電容行為。為了進(jìn)一步驗(yàn)證這個(gè)猜測(cè)，我們使用Dunn等31提出的方法判斷贗電容對(duì)電荷存儲(chǔ)的貢獻(xiàn)率。由圖3a可以得到電池在不同的電壓掃描速率下(v，mV·s-1)的峰電流值(i，mA)，根據(jù)不同掃描速率與峰電流響應(yīng)值來(lái)判斷電池在充放電過(guò)程中是擴(kuò)散行為還是電容行為32：

其中a、b是常數(shù)，若b值為0.5，則表現(xiàn)為擴(kuò)散行為；若b值在0.5-1范圍，則表現(xiàn)為擴(kuò)散和電容混合行為；若b值大于1，則完全表現(xiàn)為電容行為。如圖3b所示，峰1和峰2分別對(duì)應(yīng)的a值為0.58和0.61，因此電池儲(chǔ)能機(jī)制包含擴(kuò)散行為和電容行為33。為了進(jìn)一步計(jì)算兩種儲(chǔ)能行為的貢獻(xiàn)比，公式(1)可轉(zhuǎn)換為：

其中k1v代表電容行為的貢獻(xiàn)，k2v1/2代表擴(kuò)散行為的貢獻(xiàn)。基于此理論，經(jīng)計(jì)算得到的兩種容量貢獻(xiàn)比例如圖3c所示。隨著掃速的增加，電池贗電容貢獻(xiàn)從13%增加到34%。結(jié)合圖2的電極表征數(shù)據(jù)，我們認(rèn)為聚吡咯包覆納米級(jí)二氧化錳的結(jié)構(gòu)相對(duì)于塊體材料具有更大的比表面積，更多的活性位點(diǎn)，能夠有效提升電極的電容貢獻(xiàn)，有助于電池在高倍率下的性能表現(xiàn)。圖3d是電池在不同電流密度下的充放電曲線，測(cè)試結(jié)果顯示在1.2-1.4 V有兩個(gè)明顯的放電平臺(tái)，分別對(duì)應(yīng)氫離子和鋅離子的嵌入。隨著電流密度的增加，充放電平臺(tái)有逐漸融合的趨勢(shì)，因?yàn)樵诖箅娏髅芏认纶I電容的貢獻(xiàn)逐漸提升。圖3e為電池的倍率特性測(cè)試，電池在0.2、0.4、0.6、0.8、2 A·g-1電流密度下容量分別高達(dá)450、272、241、222、210、94 mAh·g-1，說(shuō)明該體系具備較高的倍率性能。為了研究聚吡咯在電極中所占比例對(duì)電池性能的影響，在電極制備過(guò)程中分別添加0、0.25、0.5、1.0 mL吡咯單體并進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試。圖S2f顯示電池的初始容量會(huì)隨著電極中聚吡咯含量的增加而減小。因?yàn)榫圻量┑睦碚撊萘康陀诙趸i，同等質(zhì)量下的組裝體，聚吡咯所占的份額越多，對(duì)電池容量的影響就越大。水系鋅錳電池大多在反應(yīng)初期容量較高，長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性較差，我們嘗試?yán)镁圻量┌捕趸i來(lái)抑制其溶解。

為了研究聚吡咯抑制MnO2在充放電過(guò)程中的溶解的能力，我們分別使用PPy@MnO2/CNT和MnO2/CNT作為正極材料組裝柔性電池并測(cè)試其循環(huán)穩(wěn)定性。圖3f展示了兩種電池在1 A·g-1的電流密度下的長(zhǎng)循環(huán)恒流充放電表現(xiàn)。在循環(huán)過(guò)程中，以MnO2/CNT電極作為正極的電池表現(xiàn)出較快的容量衰減，僅在充放電循環(huán)500圈后，容量就衰減到120 mAh·g-1。而以PPy@MnO2/CNT作為正極的電池表現(xiàn)出更加穩(wěn)定的電化學(xué)性能，在循環(huán)1000圈后仍有180 mAh·g-1的比容量，容量保持率高達(dá)85.7%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明聚吡咯對(duì)提升二氧化錳在充放電過(guò)程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性具有明顯效果。

我們?cè)命S原膠開發(fā)了一種高耐鹽性硫酸鹽準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)28?，F(xiàn)使用黃原膠準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)和PPy@MnO2/CNT薄膜電極組裝的柔性鋅錳電池可以在一定程度上抑制鋅枝晶生長(zhǎng)和穩(wěn)定正極材料結(jié)構(gòu)。如圖S4a，b (Supporting Information)所示，鋅片在液態(tài)電解質(zhì)中僅僅循環(huán)100次后就存在大量片狀枝晶，而在黃原膠準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)中是凹凸不平的膜狀結(jié)構(gòu)。以20 mL濃度為2 mol·L-1的ZnSO4和0.1 mol·L-1的MnSO4作為液態(tài)電解質(zhì)，在上述溶液中加入4 g黃原膠作為準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試。通過(guò)塔菲爾(Tafel)曲線來(lái)研究鋅電極在電解液中的自腐蝕情況。如圖S4c所示，鋅片的腐蝕電位在液態(tài)電解質(zhì)中為-1.019 V，在黃原膠準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)中為-1.015 V，說(shuō)明黃原膠準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)可以有效減緩電極的自腐蝕，提高電池穩(wěn)定性。為了研究鋅電極在黃原膠準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)中的電化學(xué)穩(wěn)定性，對(duì)鋅片在黃原膠準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)和液態(tài)電解質(zhì)中分別進(jìn)行了循環(huán)伏安測(cè)試。從圖S4d可以發(fā)現(xiàn)，鋅離子在黃原膠準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)中的沉積起始電位比液態(tài)電解質(zhì)低。這是因?yàn)殇\離子與黃原膠的羧酸根發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，平衡電位負(fù)移，還原反應(yīng)更難進(jìn)行，然而在液態(tài)電解質(zhì)中，鋅離子在鋅片表面自由沉積，因此容易在鋅片螺位錯(cuò)處生長(zhǎng)枝晶。黃原膠準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)對(duì)正極材料也有一定的保護(hù)作用。圖S5a，b (Supporting Information)是循環(huán)1000圈后電極表面的掃描電鏡圖像，從圖中可以看出，PPy@MnO2/CNT電極材料雖然在反復(fù)循環(huán)中結(jié)構(gòu)受到了部分破壞，但是剩余的活性物質(zhì)仍與碳納米管基底結(jié)合緊密，相互交聯(lián)的碳納米管形成的孔道結(jié)構(gòu)仍然清晰可見。

3.3 柔性固態(tài)電池應(yīng)用

為了驗(yàn)證組裝的鋅錳離子電池在柔性可穿戴儲(chǔ)能設(shè)備中應(yīng)用的可行性，我們對(duì)柔性電池進(jìn)行了測(cè)試。首先，我們將組裝好的電池連接到計(jì)時(shí)器上，計(jì)時(shí)器能夠穩(wěn)定的工作(圖4a)。接著，我們考察了柔性鋅錳電池在外力形變下的性能變化。通過(guò)測(cè)試柔性電池對(duì)折后的充放電行為，我們發(fā)現(xiàn)電池的放電容量相對(duì)于初始值沒(méi)有明顯降低(圖4b)。圖4c，d分別考察了電池在串聯(lián)和并聯(lián)情況下的性能變化。將兩個(gè)柔性固態(tài)電池串聯(lián)在一起，能夠提供雙倍的電壓，從而有助于更高的能量和功率輸出。當(dāng)兩個(gè)電池并聯(lián)時(shí)，在同樣的輸出電流下可以獲得更長(zhǎng)時(shí)間的能量輸出。這些簡(jiǎn)單的應(yīng)用展示證明了我們制作的柔性固態(tài)電池在智能可穿戴電子領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

圖4 鋅錳電池應(yīng)用展示Fig. 4The display of Zn||MnO2 batteries.

4 結(jié)論

為了實(shí)現(xiàn)制備高性能、長(zhǎng)循環(huán)、安全的柔性電池的目標(biāo)，我們?cè)O(shè)計(jì)了柔性PPy@MnO2/CNT薄膜復(fù)合結(jié)構(gòu)電極，并將其應(yīng)用于鋅離子電池中。其中交聯(lián)的三維碳納米管網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以作為柔性的高導(dǎo)電基底，改善二氧化錳導(dǎo)電性低的問(wèn)題，提高電極內(nèi)部電子/離子傳輸效率，從而改善電池在高倍率充放電條件下的表現(xiàn)。導(dǎo)電聚合物聚吡咯能有效抑制二氧化錳在充放電過(guò)程中的溶解，并為電池貢獻(xiàn)部分容量。利用黃原膠準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)保護(hù)正負(fù)極材料，構(gòu)建柔性電池。三方面因素的共同作用確保了水系鋅錳電池具備優(yōu)異的倍率性能和長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性。在1 A·g-1的電流密度下，前200圈可提供210 mAh·g-1的高容量，循環(huán)1000圈后容量仍能保持在180 mAh·g-1，容量保持率高達(dá)85.7%。此外，當(dāng)電流密度在0.2至2 A·g-1時(shí)，電池能夠一直保持良好的容量表現(xiàn)。這種具備高柔韌性、安全性以及優(yōu)異的電化學(xué)性能的鋅離子電池有望進(jìn)一步推動(dòng)新一代可穿戴儲(chǔ)能設(shè)備的應(yīng)用和推廣。

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