随着电子皮肤、软机器人、智能纺织品等分散式低碳电子技术发展,储能系统需要同时兼顾机械柔性、本质安全与环境可持续性。柔性锌空气电池因具有1086 Wh kg-¹的高理论能量密度、不可燃水系电解质以及储量丰富的锌而备受关注,被视为可穿戴和分布式电子设备中有前景的替代方案。然而,其实际部署仍受限于运行寿命:多数已报道系统难以超过约400 h循环,无法满足真实应用对耐久性的要求。水凝胶电解质虽被广泛用于防止泄漏和脱水,但仅靠改善水化并未转化为耐久电池运行。文章指出,柔性锌空气电池的主要退化路径并非单纯电解质脱水,而是锌阳极处的充放电不平衡,导致不可逆ZnO积累和界面钝化;失效电池常保留相当水含量,却在阳极表面出现大量ZnO沉积。因此,需要调控Zn²⁺配位与界面化学,而非仅关注水管理。生物质衍生材料,尤其是木材加工副产物废木屑,具有层级组织和可持续优势,为耦合水化稳定性与离子调控的电解质设计提供了蓝图。
东南大学章炜教授课题组提出一种由木屑重建的仿生水凝胶电解质:分离纤维素和木质素,纤维素形成水合网络,提取的木质素作为外层保水层,模拟植物纤维—树皮层级结构。除水合作用外,该电解质通过磷酸基螯合剂、动态席夫碱配位和聚合物域实现三重Zn²⁺限域,稳定Zn²+、抑制ZnO积累,并在锌阳极维持界面反应平衡。采用该电解质的柔性锌空气电池实现124.9 mW cm-²的高功率密度、稳健机械适应性,并在1 mA cm-²下延长循环至600 h,同时可在低温和干燥条件下运行。该系统完全可生物降解且源于丰富生物质,表明耐久性来自层级离子调控和反应平衡控制,而非仅靠保水。这项工作为生物质增值与仿生层级设计实现耐用、高性能、环境可持续的柔性储能建立了框架。相关论文以“Bio-Inspired Reconstruction of Wood-Chip Electrolytes Enables Triple Zn2+ Confinement for Durable and Sustainable Flexible Zinc-Air Batteries”为题,发表在Advanced Materials上。
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