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構建用于柔性鋅-空氣電池（ZABs）的安全、環保和高本征氫氧化物離子導電性的固態電解質（SSE）至關重要，但也極具挑戰性。

在此，加拿大滑鐵盧大學陳忠偉院士、華南師范大學王新研究員等人受鋼筋混凝土結構的啟發，通過將雙陽離子離子液體（PDIL）限制在堅固的3D多孔陽離子纖維素納米纖維基底（CCNF）中構建了高度柔性、OH導電、具有分級納米結構的CCNF-PDIL SSE，并將其用于可充電和柔性固態ZAB。

得益于豐富的離子傳導通道、堅固的3D CCNF骨架和強非共價相互作用的協同作用，再加上CCNF 和PDIL鏈的高親水性，CCNF-PDIL SSE表現出超高OH電導率、機械穩定性、高吸水性和良好的保留性。這種在堅固的CCNF網絡（鋼筋）中浸漬高導電性 PDIL（混凝土）的策略實現了離子電導率和機械強度的結合，從而緩解了SSE離子電導率和機械強度之間長期存在的困境。

圖1. 具有分層納米結構的CCNF-PDIL SSE的設計及表征

因此，采用CCNF-PDIL SSE組裝的柔性固態ZABs表現出高放電電壓、135 mW/cm²的高峰值功率密度、775 mAh/g的優異比容量及240小時的超長循環時間，這遠優于商用A201和傳統的基于聚乙烯醇（PVA）的電池及最先進的固態電池。

此外，制成的固態電池在惡劣的彎曲條件下沒有發生性能下降，這表明其作為柔性電子產品的電源的巨大潛力。作者通過分子動力學模擬深入揭示和可視化了CCNF-PDIL SSEs的納米結構和相應的OH傳導機制，為電池高導電SSEs的設計提供了啟示。總之，這種使用天然生物材料和多功能離子液體制備SSE的新概念為開發安全、環保、靈活的固態電池開辟了巨大的可能性。

圖2. 基于CCNF-PDIL SSE組裝的柔性固態ZAB的電化學性能

Hierarchically Nanostructured Solid-State Electrolyte for Flexible Rechargeable Zinc-Air Batteries, Angewandte Chemie International Edition 2022. DOI: 10.1002/anie.202117703

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陳忠偉/王新Angew: 用于柔性可充電鋅空氣電池的分級納米結構固態電解質

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