Water-in-Salt Gel Biopolymer Electrolytes for Flexible and Wearable Zn/Alkali Metal Dual-Ion Batteries

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作者
Dawid Kasprzak,Zhenrui Wu,Li Tao,Jia Xu,Yue Zhang,Jian Liu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (28): 36304-36314 被引量:12
标识
DOI:10.1021/acsami.4c04570
摘要

Zn/alkali metal dual-ion batteries (ZM DIBs) with highly concentrated water-in-salt (WiS) electrolytes are promising next-generation energy storage systems. This enhanced design of Zn-ion rechargeable batteries offers intrinsic safety, high operating voltage, satisfactory capacity, and outstanding cyclic stability. Herein, taking the concept of highly concentrated electrolytes one step further, we introduce water-in-salt gel biopolymer electrolytes (WiS-GBEs) by encapsulating Zn/Li or Zn/Na bisalt compositions in a cellulose membrane. WiS-GBEs inherit the electrochemical merits of highly concentrated electrolytes (i.e., wide voltage window, high ionic conductivity, etc.) and excellent durability of gel biopolymer structures. Both types of WiS-GBEs apply to coin- and pouch-cell compartments of ZM DIBs, offering a high plateau voltage (>1.8 V vs. Zn2+/Zn), good and reversible capacity (118 and 57 mAh g-1 for Zn/Li and Zn/Na cells, respectively), and outstanding cycling stability (more than 90% after 1,000 cycles). Essentially, the pouch cells with WiS-GBEs present superior durability, flexibility, and capacity endurance under various bending stress conditions (90% capacity retention under 0-180° bending modes), indicating their potential capability to power wearable electronics. The practical powering ability of Li- and Na-based pouch systems is demonstrated by the example of a wearable digital timer.
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