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A Hydrogel Electrolyte toward a Flexible Zinc-Ion Battery and Multifunctional Health Monitoring Electronics

电解质 电池(电) 材料科学 阴极 纳米技术 阳极 柔性电子器件 乙二醇 化学工程 电极 化学 电气工程 工程类 物理 功率(物理) 物理化学 量子力学
作者
Zhiqiao Wang,Rongrong Xue,Huiqing Zhang,Yichi Zhang,Xiaoyu Tang,Helin Wang,Ahu Shao,Yue Ma
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (10): 7596-7609 被引量:92
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c00085
摘要

The compact design of an environmentally adaptive battery and effectors forms the foundation for wearable electronics capable of time-resolved, long-term signal monitoring. Herein, we present a one-body strategy that utilizes a hydrogel as the ionic conductive medium for both flexible aqueous zinc-ion batteries and wearable strain sensors. The poly(vinyl alcohol) hydrogel network incorporates nano-SiO2 and cellulose nanofibers (referred to as PSC) in an ethylene glycol/water mixed solvent, balancing the mechanical properties (tensile strength of 6 MPa) and ionic diffusivity at -20 °C (2 orders of magnitude higher than 2 M ZnCl2 electrolyte). Meanwhile, cathode lattice breathing during the solvated Zn2+ intercalation and dendritic Zn protrusion at the anode interface are mitigated. Besides the robust cyclability of the Zn∥PSC∥V2O5 prototype within a wide temperature range (from -20 to 80 °C), this microdevice seamlessly integrates a zinc-ion battery with a strain sensor, enabling precise monitoring of the muscle response during dynamic body movement. By employing transmission-mode operando XRD, the self-powered sensor accurately documents the real-time phasic evolution of the layered cathode and synchronized strain change induced by Zn deposition, which presents a feasible solution of health monitoring by the miniaturized electronics.
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