AdvMater复合水凝胶的大用

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一、研究背景电极材料之间强大而稳定的相互作用对于电化学存储设备的发展至关重要。传统的导电油墨由无机电极材料和聚合物粘合剂组成。传统的导电油墨电极主要由于两部件之间的氢键而发生弱的相互作用,表现出低的操作稳定性。这种弱相互作用会导致电极因活性材料的粉碎和电极材料的剥落而退化,从而降低活性材料的效率。此外,传统的导电油墨电极表现出有限的表面积和有限的电解质浸泡。具有独特结构的新型电极材料已被用于最小化内在的降解效应。镓(Ga)基液态金属(LM)具有良好的可变形性、高导电性、无毒性,以及在空气和水环境中的高化学稳定性,作为水锌离子电池的电极材料表现出巨大的潜力。然而,使用大块LM作为电极材料有两个主要缺点。首先,由于LM的高密度和高流动性,在没有合适的聚合物粘合剂的情况下,本体LM电极会流经隔板,导致电池短路。其次,Zn2+离子的电镀/剥离导致LM液滴从电极上损失。克服这些限制的一个常见策略是将LM液滴掺入离子导电的聚合物水凝胶。然而,由于LM液滴和聚合物链之间的范德华相互作用较弱,简单地将LM液滴混合在聚合物水凝胶中会产生不充分的界面结合。通过对LM液滴进行有机溶剂处理,可以合成具有LM液滴的聚合物复合材料;然而,这种策略不适合水电解质的电池。为了解决这些限制,人们假设使用LM液滴作为单体聚合引发剂,而不是其他广泛使用的离子,可以使聚合物链交联起来,形成一个在机械变形下具有高稳定性的三维多孔网络。二、研究成果在这项研究中,华南理工大学彭新文教授、钟林新教授团队报道了由75%镓和25%铟组成的块状共晶镓铟(EGaIn)通过剪切混合转化为微滴,引发了丙烯酰胺单体的聚合。所制造的复合水凝胶被标记为聚丙烯酰胺-半纤维素/EGaIn微滴水凝胶,并用于3D打印独立的支架和生产Zn-离子电池的自愈性阳极主体。LM初始化的水凝胶被证实是一个双共价氢键系统,具有自我修复和剪切减薄行为,有利于基于挤压的3D打印。它在复合网络中含有均匀分布的LM微滴,可以防止因LM微滴损失而造成电池短路。此外,该水凝胶作为导电和离子导电的微孔基质,用于Zn-离子的各向同性沉积,形成稳定的阳极主体,能够在Zn-离子的可循环电镀/剥离过程中承受微结构变化。相关研究工作以“ALiquidmetalmicrodropletsinitializedbiopolymer


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