3D Printed Compressible Quasi-Solid-State Nickel–Iron Battery

材料科学 阳极 电池(电) 纳米片 阴极 电极 储能 压缩性 功率密度 纳米技术 数码产品 复合材料 功率(物理) 电气工程 化学 物理 工程类 物理化学 量子力学 航空航天工程
作者
Dezhi Kong,Ye Wang,Shaozhuan Huang,Biao Zhang,Yew Von Lim,Glenn Joey Sim,Pablo Valdivia y Alvarado,Qi Ge,Hui Ying Yang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:14 (8): 9675-9686 被引量:118
标识
DOI:10.1021/acsnano.0c01157
摘要

The design of a compressible battery with stable electrochemical performance is extremely important in compression-tolerant and flexible electronics. While this remains challenging with the current battery manufacturing method, the field of 3D printing offers the possibility of producing free-standing 3D-printed electrodes with various structural configurations. Through the simple and scalable strategy, various structural configurations can be produced. Herein, we demonstrate a 3D-printed quasi-solid-state Ni-Fe battery (QSS-NFB) that shows excellent compressibility, ultrahigh energy density, and superior long-term cycling durability. Through a rational design and adjustment of chemical components, two electrodes consisting of ultrathin Ni(OH)2 nanosheet array cathode and holey α-Fe2O3 nanorod array anode are achieved with a ultrahigh active material loading over 130 mg cm-3 and excellent compressibility up to 60%. It is noteworthy that the compressible QSS-NFB demonstrated an excellent cycling stability (∼91.3% capacity retentions after 10000 cycles) and ultrahigh energy density (28.1 mWh cm-3 at a power of 10.6 mW cm-3). This work provides a simple method for producing compression-tolerant energy-storage devices, which are expected to have promising applications in next generation stretchable/wearable electronics.
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