纳米纤维素用于制备锌离子柔性电池

与常用的有机电解质的锂离子电池相比，水电解质的可充电电池由于其低制造成本和高安全性而受到越来越多的关注。金属锌在水电解质中具有较高的电化学稳定性，可以直接用作锌锌的阳极。锌可以实现两个电子参与电化学反应，具有较高的理论比电容(820 mAh g−1和5855 mAh cm−3)和较低的氧化还原电位(−0.763 V vs标准氢电极)。zib具有安全、低成本、高能量密度等优点，有望成为下一代便携式电子设备的高效储能器件。

1. 柔性电极

以锌生长石墨纸为阳极，以纳米聚苯胺-纳米纤维素纸为阴极，制备了固态柔性水溶液ZIB。基于CNF的柔性凝胶电解质具有较高的离子电导率。当功率密度为0.16 W g−1时，该ZIB的能量密度为117.5 mWh g−1。它还表现出良好的循环稳定性，在1000次循环中电容保持率高达84.7%。

更重要的是，经过1000次机械弯曲循环后，比容量保持率仍在91%左右。如图17a所示，Yi等采用高强度、轻量化、低成本、可持续的纤维素纱作为水性锌离子纤维电池阴极(聚苯胺)和阳极(金属锌)的坚固柔性衬底。当功率密度为0.16 kW kg - 1时，光纤电池的能量密度为153.2 Wh kg - 1，当高功率密度为6.5 kW kg - 1时，能量密度保持在61.1 Wh kg - 1。同时，该纤维电池具有优异的循环稳定性(1000次充放电循环91.9%)和高柔韧性(1000次弯曲循环97.5%)。

2. 柔性电解质/隔膜

Zhao 等人报道了用于柔性锌-空气电池的柔性 BCNF/PVA 复合水凝胶电解质（BPCEs）。通过引入 BC 微纤维，PVA 薄膜的机械性能得到了改善。由于采用了新颖的渗流承载双网络，BPCE 显示出了卓越的韧性和机械强度。通过添加 6 wt% 的 BC，6-BPCE 膜的断裂伸长率提高了一倍，拉伸强度提高了九倍。与水性碱性电解质相比，使用 6-BPCE 膜的电池具有更高的稳定性和更优越的可充电性。通过设计双网络耐碱水凝胶电解质，Zhi 小组开发出了纤维状（可拉伸 500%）和扁平状（可拉伸 800%）具有超拉伸性的锌-空气电池。在双网络水凝胶电解质中，聚丙烯酸钠（PANa）链促成了软域的形成。羟基中和的羧基和作为氢氧化钾稳定剂的纤维素大大提高了电池的耐碱性。所获得的具有超伸展性的纤维状锌-空气电池具有很高的功率密度。此外，在拉伸到原始长度的 500% 后，功率密度略有增加。拉伸 800% 的扁平锌空气电池也出现了类似的现象。得益于高柔软性和耐碱性水凝胶电解质的优势，这些装置在拉伸至原始长度的 500% 后，功率密度略有增加。

总之，使用改性纳米多孔纳米纤维素基复合材料的锌阳极有助于保持结构的稳定性并减少体积变化。纳米纤维素基复合材料作为缓冲层可显著抑制氢演化和锌腐蚀。用于锌阴极材料的纳米纤维素基复合材料可作为表面涂层，保护阴极免受结构退化和溶解的影响。要在现有系统中集成新功能，需要从聚合物化学的角度进行进一步的探索和改良，因此使电解质具有满足实际应用的理想特性。对简化加工技术、新型阴极和机理的进一步研究将使灵活的高性能 ZIB 成为可能。