PAM基复合水凝胶电解质的制备及其在Zn-MnO2电池中的应用

Preparation and application of PAM-based composite hydrogel electrolyte in Zn-MnO2 battery

季善果 ¹袁鲁宁 ¹徐加虎 ²秦硕 ¹胡媛媛 ¹于鸿达 ¹杨凯¹

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作者信息

1. 山东农业大学化学与材料科学学院,泰安 271000;农业农村部农膜科学重点实验室,泰安 271000
2. 山东省应急管理厅航空护林站,济南 250000
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摘要

水系锌离子电池具有低成本、安全、环保等优点,在规模化储能和智能可穿戴方面极具应用前景.提高其循环稳定性以及循环寿命是实现水系锌离子电池进一步应用的关键问题之一.本工作采用二维层状蒙脱土(MMT)和丙烯酰胺单体,通过两步法合成了具有三维网状结构的蒙脱土-聚丙烯酰胺水凝胶电解质(Montmorillonite-polyacrylamide hydrogel,MMT-PAM).蒙脱土的加入为丙烯酰胺单体的原位聚合提供了吸附位点,并通过MMT和PAM高分子链之间的氢键作用显著提高了水凝胶的机械性能,抑制了锌枝晶生长(在0.5 mA·cm-1电流密度下稳定循环250 h).此外,蒙脱土表面丰富的负电荷为Zn2+的快速传输提供更多离子传输通道,提高其离子电导率(室温下为34 mS·cm-1),赋予MMT-PAM水凝胶电解质更好的倍率性能和循环稳定性.基于上述优点,组装的水系Zn-MnO2电池在0.2 A·g-1的电流密度下提供了 289 mA·h·g-1的比容量,且可稳定循环2000次.此外,使用MMT-PAM水凝胶作为电解质制备的柔性电池在经过不同外界条件冲击下依然可正常工作,表现出了其在柔性电子领域的应用可行性.

关键词

Zn-MnO2电池/水凝胶电解质/蒙脱土/循环稳定性/机械强度/柔性电池

Key words

Zn-MnO2 battery/hydrogel electrolyte/montmorillonite/cycle stability/mechanical strength/flexible batteries

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基金项目

国家自然科学基金资助项目(22001057)

国家自然科学基金资助项目(21902044)

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出版年

2024

工程科学学报

北京科技大学

工程科学学报

CSTPCD北大核心

影响因子：0.801

ISSN：2095-9389

参考文献量26

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