宽温域安时级别柔性锌空气电池

柔性锌空气电池（FZABs）由于其安全性和高能量成本比，作为可穿戴电子设备的高效储能设备具有巨大潜力。然而，它们的应用受限于其短的循环寿命、每循环的低放电容量和高充放电极化。 鉴于此，清华大学深圳国际研究生院周光敏副教授团队开发了具有安时容量和宽温度适应性的柔性锌空气电池。

作者使用吸湿性IL，1-乙基-3-甲基氯化咪唑（EMImCl）作为双链Pana-PVA的添加剂，制备了聚（丙烯酸钠）-聚乙烯醇（Pana-PVA）-离子液体（IL）水凝胶（Pana-PVA-IL）。PANa-PVA-IL在室温下表现出306.9 mS cm−1 的高电导率和2515 wt%的吸水率。

此外，合成了一种低成本的双功能催化剂，即锚定在N-和S-涂层活性炭黑pearls 2000上的Co9S8 纳米颗粒（Co9S8 -NSABP），显示了0.629 V的低O2 可逆电位差。基于PANa–PVA–IL和Co9S8 -NSABP的FZAB显示出每循环1.67 mAh cm-2的高放电容量和330小时的长循环寿命。

此外，使用Pana-PVA-IL和Co9 S8 -NSABP制造了大规模柔性可充电锌空气软包电池，其总容量为1.03 Ah，能量密度为246 Wh kgcell−1 。这项研究提供了关于具有高离子导电性和吸水率的水凝胶的新信息，并应促进FZABs在可穿戴电子设备中的应用。

图1.聚丙烯酸钠（PANa）-聚乙烯醇（PVA）-离子液体（IL）的设计、结构特征和性能。

图2.Co9S8-N-和S-co-doped activated C black pearls 2000（NSABP）的特征和ORR/ OER活性。

图3.柔性锌空气电池（FZABs）在不同温度下的电化学性能以及与之前报道的柔性锌空气电池的性能比较。

图4.柔性锌空气软包电池（FZAPCs）的电化学性能。

图5.可穿戴电子设备的演示。 总之，通过一种非挥发性的IL（EMImCl）在Pana-PVA中创造许多孔隙，改善了Pana-PVA的离子传导性、吸水率和保水性。 由于IL的存在，制备的水凝胶Pana-PVA-IL表现出306.9 mS cm-1的高电导率，2515 wt%的吸水率，以及室温下良好的保水性。

由于Pana-PVA-IL的高保水性和卓越的离子导电性，基于Pana-PVA-IL的FZABs表现出非常长的循环寿命（330小时）和低充电/放电电压差（0.68V，2mA cm-2）。此外，FZABs在高温（60℃）和低温（-40℃）下都能适当工作。它们表现出非常高的能量密度，达到246 Wh kgcell-1，总容量为1.03 Ah，室温下峰值功率密度为198 mW cm-2。

展示了基于Pana-PVA-IL的Ah级FZAPCs在可穿戴电子设备中的潜在应用，这些FZAPCs从室外的能量收集器中储存能量，并在室内为电子设备供电。这项研究不仅报告了使用一种简单而有效的水凝胶添加剂来实现具有高离子传导性和保水性的水凝胶，用于在广泛的温度范围内运行的柔性水基储能装置，而且还展示了FZABs在可穿戴电子产品中的潜在应用。

审核编辑：刘清