麦立强：精心制作的3D电极用于抗锌枝晶高性能柔性纤维状锌钴电池

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过去，尽管在开发高能量密度的碱金属离子电池（Li+，Na+，K+）研究领域已经做出了相当大的努力。然而，碱金属离子电池的一系列固有问题，例如锂/钠/钾原材料价格上涨，有机电解质的毒性和可燃性，仍然严重限制了它们广泛的应用。由于可靠性好，成本低，能量/功率密度高以及环境友好等优点，可充电水系锌基电池在储能系统中具有巨大的应用潜力，特别是柔性储能领域。然而，在循环过程中锌枝晶形成和生长往往会极大地缩短其循环寿命,甚至导致短路的风险。与此同时，传统的锌板由于其大的质量和低的柔韧性，导致实际组装的电池往往无法实现高能量密度并且很难被应用于柔性能量存储设备。因此，寻求可行的方法来制造低成本，高安全性，能有效抑制锌枝晶形成且具备优异电化学性能的锌基电池是十分有意义的。

近日，武汉理工大学麦立强教授课题组通过在碳布上原位生长ZIF（沸石-咪唑酯骨架）衍生的ZnO@C核-壳结构纳米棒作为骨架，然后再进一步通过电沉积金属Zn，获得了具有优异性能的三维CC-ZnO@C-Zn柔性Zn负极。相比传统锌片，其具有优异的抗锌枝晶，低质量，高柔性等优势。作者同时合成了分级树枝状Co(CO3)0.5(OH)x·0.11 H2O@CoMoO4 (CC-CCH@CMO) 作为电池正极，这种精心制作的柔性正极利用独特的纳米结构和两种组分间的协同作用，最终实现了高的面积比容量。因此，所组装的Zn-Co电池显示出优异的能量/功率密度（235 Wh kg−1，12.6 kW kg−1），显著的循环性能（5000次循环后容量保持率71.1％）。更重要地，作者使用凝胶电解质首次组装了高度可定制的纤维状柔性全固态Zn-Co电池，其具有4.6 mWh cm-3的高能量密度，峰值功率密度为0.42 W cm-3，稳定的循环性能（1600次循环后容量保持率为82％）。同时，在各种弯曲测试中表现出良好的电池性能，展现出优异的柔韧性。此外，这种Zn-Co电池的所具有的一维纤维形状，让其可以通过个性化定制并应用在各种便携式电子设备上。相关成果以题为“Finely Crafted 3D Electrodes for Dendrite-Free and High-Performance Flexible Fiber-Shaped Zn-Co Batteries”发表在Adv. Funct. Mater.上。