Biomimetic organohydrogel electrolytes for high‐environmental adaptive energy storage devices

离子电导率 乙二醇 储能 自愈水凝胶 涂层 电解质 电化学 材料科学 化学工程 化学 纳米技术 工程类 物理 高分子化学 电极 量子力学 物理化学 功率(物理)
作者
Funian Mo,Guojin Liang,Donghong Wang,Zijie Tang,Hongfei Li,Zhi Chen
出处
期刊:EcoMat [Wiley]
卷期号:1 (1) 被引量:94
标识
DOI:10.1002/eom2.12008
摘要

Abstract Conventional hydrogel electrolytes suffer from the following notable defects: (a) water molecules inevitably evaporate from hydrogels under ambient conditions, and high temperature accelerates the dehydration process, leading to deterioration of electrochemical performance; (b) at subzero temperatures, the water existed in gel matrix would freeze and inhibit the ion transportation of hydrogel electrolyte; (c) while operating under water, the gel electrolyte absorbs water and swells, resulting in the loss of adhesion between electrodes and electrolyte. The exchange of solutes causes the decrease of ion concentration and depresses the device performance. These environmental effects fundamentally limit the long‐term stability and utilization of aqueous flexible energy storage devices under severe conditions. Hence, inspired by epidermal tissue of mammalian skin, we propose a biomimetic organohydrogel (BM‐gel) electrolyte with extreme temperature tolerance and long‐term moisture lock‐in property, which is synthesized in an ethylene glycol/water solvent system with a chemically elastomeric coating on the surface. The BM‐gel electrolyte exhibits high ionic conductivity when containing different ions, such as Zn 2+ , Li + , H + , and Na + ions. A rechargeable Zn‐MnO 2 battery is constructed with the BM‐gel electrolyte, which exhibits excellent electrochemical performance over the temperature range from −20°C to 80°C. The specific capacity retains over 70% and coulombic efficiencies approach ~100% in full temperature scale. Even after a prolonged storage of 30 days without package, 84.6% capacity is retained benefiting from the superior antidehydration property bestowed by the thin elastomer coating. Furthermore, another two types of energy storage devices were also fabricated with the novel hydrogel, demonstrating the universal feature of our strategy. Abstract image
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