Angew. Chem.：自修复一体化水系锌离子电池

来源：X一MOL资讯

随着便携式电子设备的迅猛发展，柔性和可穿戴储能系统（例如超级电容器和电池等）受到了广泛的关注。尽管这些储能设备通常可以承受一定的弯曲和拉伸应变，但是仍然存在大形变下容易损坏、性能下降和有毒电解质泄漏等问题。近年来，由于水系锌离子电池（ZIBs）安全性高、成本低廉、理论容量高，因此柔性水系ZIBs受到越来越多的关注。柔性水系ZIBs不可避免地在大变形情况下发生破损甚至断裂，从而导致性能衰减。因此，实现柔性水系ZIBs的自修复能力，使其可以在受到机械损坏后自动恢复性能，从而有效提高器件的使用寿命

针对上述问题，南开大学化学学院的牛志强研究员团队开发了一种自修复水凝胶电解质。该电解质由聚乙烯醇（PVA）和三氟甲基磺酸锌（Zn(CF3SO3)2）组成。一旦电解质中PVA基水凝胶受到外力作用而破损，PVA链段中大量羟基会形成氢键搭接并自主修复凝胶网络，该修复过程不需要任何外部刺激。而且，该凝胶电解质具有多孔网络结构，有利于离子的传输，所以PVA/Zn(CF3SO3)2凝胶电解质展现出优异的离子电导率。

通过设计器件结构，将水凝胶电解质与正极、负极和隔膜进一步集成组装成一体化的自修复ZIBs，器件经过几次切割/修复后，可完全恢复其电化学性能。这可以有效提高自修复ZIBs的耐用性，延长电池使用寿命，减少浪费和降低成本等。本工作为防止大形变下柔性电池形变而产生破碎提供了新的解决方案，并启发了其他自主自修复电子设备的设计和制造。

相关工作发表Angewandte Chemie International Edition上，文章的第一作者是南开大学博士研究生黄朔，通讯作者为牛志强研究员。

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A Self-Healing Integrated All-in-One Zinc-Ion Battery 

Shuo Huang, Fang Wan, Songshan Bi, Jiacai Zhu, Zhiqiang Niu, Jun Chen

Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 4313-4317, DOI: 10.1002/anie.201814653

导师介绍

牛志强  南开大学化学学院研究员，博士研究生导师

个人简介：

2010年中国科学院物理研究所获得博士学位

2010年-2014年 新加坡南洋理工大学材料科学与工程学院从事博士后研究

2014年-今 任南开大学化学学院研究员

2015年入选南开大学“百名青年学科带头人培养计划”

2015年入选天津市“青年千人”

2016年入选国家“青年千人”

2017年入选天津市创新人才推进计划青年科技优秀人才

2018年国家自然基金委优秀青年基金获得者

2018年天津市杰出青年基金获得者

现任南开大学高效储能教育部工程中心副主任，先后入选国际电化学能源科学院委员会委员、中国电工技术学会超级电容器与储能技术委员会委员，Chinese Chemical Letters 和物理化学学报编委。

牛志强

https://www.x-mol.com/university/faculty/50094

课题组网站

http://www.niu.nankai.edu.cn

研究领域

牛志强研究员主要从事碳纳米材料及新能源器件的基础与应用研究，研究兴趣包括：

1. 新型碳纳米材料及其复合物的可控组装

2. 超级电容器、锂电池、锂硫电池、锌离子电池等储能器件

3. 柔性，可穿戴等新型储能器件设计组装

代表性论文

近年来，在碳纳米材料的可控组装、功能化及新型储能器件的设计组装方面取得了一系列创新性研究成果，已在Chem. Soc. Rev.，Nat. Commun.，Angew. Chem. Int. Ed.，Adv. Mater.等期刊发表第一或通讯作者论文50余篇。

Wan, F.; Zhang, Y.; Zhang, L.; Liu, D.; Wang, C.; Song, L.; Niu, Z.*; Chen, J. Reversible Oxygen Redox Chemistry in Aqueous Zinc-Ion Batteries. Angewandte Chemie International Edition, 2019. DOI: 10.1002/anie.201902679.

Huang, S.; Wan, F.; Bi, S.; Zhu, J.; Niu, Z.*; Chen, J. A Self-Healing Integrated All-in-One Zinc-Ion Battery. Angewandte Chemie International Edition, 2019, 58, 4313.

Wan, F.; Zhang, L.; Dai, X.; Wang, X.; Niu, Z.*; Chen, J. Aqueous rechargeable zinc/sodium vanadate batteries with enhanced performance from simultaneous insertion of dual carriers. Nature Communications, 2018, 9, 1656.

Liu, L.; Niu, Z.*; Chen, J.* Unconventional supercapacitors from nanocarbon-based electrode materials to device configurations. Chemical Society Reviews. 2016, 45, 4340.

Cao, J.; Chen, C.; Zhao, Q.; Zhang, N.; Lu, Q.; Wang, X.; Niu, Z.*; Chen, J. A Flexible Nanostructured Paper of a Reduced Graphene Oxide-Sulfur Composite for High-Performance Lithium-Sulfur Batteries with Unconventional Configurations. Advanced Materials. 2016, 28, 9629.

Niu, Z.*; Zhou, W.; Chen, X.; Chen, J.*; Xie, S. Highly Compressible and All-Solid-State Supercapacitors Based on Nanostructured Composite Sponge. Advanced Materials. 2015, 27, 6002.

Niu, Z.; Liu, L.; Zhang, L.; Shao, Q.; Zhou, W.; Chen, X.*; Xie, S. A Universal Strategy to Prepare Functional Porous Graphene Hybrid Architectures. Advanced Materials. 2014, 26, 3681.

Liu, L.[+]; Niu, Z.[+]; Zhang, L.; Zhou, W.; Chen, X.*; Xie, S. Nanostructured Graphene Composite Papers for Highly Flexible and Foldable Supercapacitors. Advanced Materials. 2014, 26, 4855. [+]These authors contributed equally to this work.

Niu, Z.; Zhang, L.; Liu, L.; Zhu, B.; Dong, H.; Chen, X.* All-Solid-State Flexible Ultrathin Micro-Supercapacitors Based on Graphene. Advanced Materials. 2013, 25, 4035.

Niu, Z.; Dong, H.; Zhu, B.; Li, J.; Hng, H. H.; Zhou, W.*; Chen, X.*; Xie, S. Highly Stretchable, Integrated Supercapacitors Based on Single-Walled Carbon Nanotube Films with Continuous Reticulate Architecture. Advanced Materials. 2013, 25, 1058.

Niu, Z.; Chen, J.; Hng, H. H.; Ma, J.; Chen, X.* A Leavening Strategy to Prepare Reduced Graphene Oxide Foams. Advanced Materials. 2012, 24, 4144.