【材料】三维阵列助力高性能水系柔性镍-锌电池构建

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作为电化学储能技术的新系统之一，水系电池不仅成本低廉且极其安全，而且通常表现出高功率密度并可以快速充电。然而，高电压、高容量、高稳定性的水系电池材料和器件的开发长期以来面临着巨大的挑战。另一方面，柔性电化学储能器件因其可弯曲、轻量化、安全等特点，在未来柔性显示器、人造电子皮肤、各种智能可穿戴设备，甚至医疗健康领域具有重要的应用前景。然而，目前的柔性储能器件大多以非对称超级电容器的形式出现，能量密度始终未能得到质的提升。虽然少数报道的柔性有机二次电池可以实现高能量密度，但其功率密度需要大幅提高。幅度增加。

近日，武汉理工大学刘金平教授课题组与新加坡国立大学曹贯博士合作，系统研究了水系碱性镍锌二次电池的性能提升和灵活性。首先，针对水性镍锌电池在循环过程中容易形成锌枝晶的科学问题，引入三维分层碳纤维纳米阵列集流体结构，促进电流均匀分布，降低有效的电流密度，并保证锌的均匀沉积，从而抑制枝晶生长的问题，将电池的循环寿命从通常的数百次提高到近3000次，并提高稳定性；进一步通过引入柔性碳集流体和聚合物凝胶电解质，成功构建了约1.8V的高压柔性镍锌电池，实现了高能量密度（355.7Wh kg-1；10.67mWh cm-3）和功率密度（17.90 kW kg-1；0.54 W cm-3），优于大多数先前报道的水性柔性电化学储能装置。能量密度的提高主要得益于纳米活性材料的高效电化学利用（导致高比容量）和系统的高电压；三维纳米阵列电极结构保证电解液与活性材料充分接触，降低界面电阻。这导致倍率性能和功率密度的质的提高。所获得的柔性镍锌电池在各种类型的变形下也能正常工作，为高性能柔性储能器件家族增添了新成员，也为其他水系电池的柔性提供了科学参考。

该成果在网上发表，并得到国家自然科学基金、湖北省杰出青年基金等项目的支持。

本文作者为：刘、曹贯、周承、范振、柯、张、刘畅、王约翰

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基于3D的高功率准固态锌

副词。材料，2016，28，8732-8739，DOI：10.1002/adma。

刘金平教授简介

刘金平，武汉理工大学教授，青年拔尖人才。获得湖北省杰出青年基金资助（2013年），入选青年科学家之星（2010年）、“中国高被引学者”（2014年、2015年）。长期从事纳米能源材料研究，发展了阵列储能电极方向，提出了电极“双离子协同储能”、“水转化反应”等机理。到目前为止，在Adv。马特。系列，纳米快报，&。科学。等期刊发表SCI论文90余篇，被其他SCI期刊引用近7000次，单篇被引用近千次，H指数45。15篇论文被评为全球高被引论文ESI (1%) 或 Hot (0.1%) 论文。受邀撰写英文专着1章；申请/授权美国专利1项，中国发明专利9项。承担科技部重点研发计划纳米技术重点专项、国家自然科学基金、湖北省杰出青年基金等项目近10项。现任《He》杂志编委、中国功能材料学会理事、中国粒子学会青年理事。

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