A Chemically Self‐Charging Flexible Solid‐State Zinc‐Ion Battery Based on VO2 Cathode and Polyacrylamide–Chitin Nanofiber Hydrogel Electrolyte

材料科学 电解质 阴极 电池(电) 纳米纤维 化学工程 聚丙烯酰胺 阳极 电化学 氧化还原 自放电 纳米技术 电极 高分子化学 化学 量子力学 物理 工程类 物理化学 功率(物理) 冶金
作者
Chaozheng Liu,Wangwang Xu,Changtong Mei,Mei‐Chun Li,Weimin Chen,Juho Antti Sirviö,Won-Yeong Kim,Sang-young Lee,Qinglin Wu
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:11 (25) 被引量:78
标识
DOI:10.1002/aenm.202003902
摘要

Abstract Conventional self‐charging systems are generally complicated and highly reliant on the availability of energy sources. Herein, a chemically self‐charging, flexible solid‐state zinc ion battery (ssZIB) based on a vanadium dioxide (VO 2 ) cathode and a polyacrylamide‐chitin nanofiber (PAM‐ChNF) hydrogel electrolyte is developed. With a power density of 139.0 W kg ‐1 , the ssZIBs can deliver a high energy density of 231.9 Wh kg ‐1 . The superior electrochemical performance of the ssZIBs is attributed to the robust tunnel structure of the VO 2 cathode and the entangled network of PAM‐ChNF electrolyte, which provide efficient pathways for ion diffusion. Impressively, the designed ssZIBs can be chemically self‐charged by the redox reaction between the cathode and oxygen in ambient conditions. After oxidation for 6 h in air, the ssZIBs manifest a high discharging capacity of 263.9 mAh g ‐1 at 0.2 A g ‐1 , showing excellent self‐rechargeability. With the assistance of a small amount of acetic acid added to the hydrogel electrolyte, the galvanostatic discharging and chemical self‐charging cycles can reach 20. More importantly, such ssZIBs are able to operate well at chemical or/and galvanostatic charging hybrid modes, demonstrating superior reusability. This work brings a new prospect for designing flexible chemically self‐charging ssZIBs for portable self‐powered systems.
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