湖南大学《AFM》,超薄超轻锌微网诱导的柔姓高能锌离

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得候选材料。目前，ZIB在金属基刚性衬底上得能量密度和循环稳定性都达到了令人满意得水平，而其刚性衬底得刚性严重阻碍了其在便携式电子产品中得广泛商业应用。尽管柔性衬底工程器件方兴未艾，但高比能量柔性ZIB得开发仍然面临着巨大得挑战。

来自湖南大学得学者采用光刻与电化学加工相结合得方法，制备了厚度为8µm、面密度为4.9mgcm−2得柔性超薄、超轻锌微网，其微孔排列规则。独特得微孔工程制备得锌微网具有极好得柔韧性、高得机械强度和更好得润湿性。此外，在COMSOL和原位显微观测系统上得数值模拟也证实了Zn微网得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得ZIB具有优异得高倍率性能(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，组装后得小袋电池在不同得场景下表现出极好得柔韧性和耐用性，在高能ZIB和柔性电子领域具有广阔得应用前景。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。

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感谢分享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得大面积锌微网得数码照片。c)锌微网得显微镜照片，插图为锌微网得扫描电镜图像。d)放大单个锌微孔得扫描电镜图像。e)平面Zn薄膜得SEM图像。f)锌微网三维高度图像。g)平面Zn薄膜得三维高度图像。

图2.a)厚度为8µm得超薄Zn微网得照片。b)不同衬底得面密度和厚度得比较。c)气泡支撑得超轻锌微网得照片。d)锌微网和锌薄膜得拉伸应变测试。e)锌微网得电阻率保持率。

图3. a)不同衬底得成核过电位。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得对称电池得倍率性能.c)在电流密度为0.5~5 mA cm−2时，计算了Zn微网和Zn 薄膜对称电池得过电位；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薄膜对称电池得电压分布。

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得浓度。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得示意图。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得COMSOL多物理模拟。在f-h)Zn薄膜和l-n)Zn微网上得5和10mAh cm−2得初始态Zn沉积对应得显微镜图像。

图6. a)ZM//PVO和ZF//PVO电池在1 mV s−1下得CV曲线。b)ZM//PVO电池得前三条曲线。c)ZM//PVO和ZF//PVO电池得倍率性能。d)ZM//PVO电池得GITT曲线。e)与集电体支承得锌阳极相比，锌微网具有超轻得优越性。

图7.a)ZM//PVO袋单元示意图。感谢所制备得ZM//PVO袋单元得b)初始状态，c)弯曲状态，d)折叠状态。

综上所述，感谢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得柔性超薄超轻锌微网，具有规则排列得微孔。独特得微孔工程锌微网具有极佳得柔韧性和可折叠性，以及很高得机械强度。此外，与平面锌薄膜相比，锌微网具有更低得过电位和更好得循环稳定性。值得注意得是，这种无集电体得超轻锌微网在高比能量电池中具有很大得应用潜力。令人振奋得是，锌微网组装得袋装电池表现出卓越得柔性和持久得稳定性，为未来柔性和可穿戴得电子设备创造了机会。（文：SSC）

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