AFM：一种形状可变的低温液态金属导电聚合物水系二次电池

Nanoyu

2021-09-13

与固体电极相比，液态电极提供了极好的流动性和非枝晶生长。镓（Ga）基液态金属具有金属导电性、理论容量高等优点，被认为是用于耐磨水电池理想的变形负极。不同于大型固定式液态金属电池，如Mg-Sb、]Mg-Bi-Sn和Sb-Pb体系，低共熔点(<30°C)的Ga基液态金属电池无需较高的工作温度（>200 °C）和严格的封装。此外，已用于可穿戴电子器件的Ga基合金由于其无毒和在空气和水环境中的高化学稳定性，更适合作为可穿戴水电池的液态金属电极。然而，使用液态金属的一个潜在的缺点是，较低的操作温度和Ga³⁺剥离/电镀可能导致一些液态电极的凝固，从而导致较差的柔韧性和枝晶生长。

近日，韩国东国大学Woochul Yang，Guicheng Liu，韩国科学技术研究院（KIST）Joong Kee Lee报道了以Ga₆₈In₂₂Sn₁₀（wt%）为液态金属负极，导电聚合物聚苯胺（PANI）为正极，研制了低温可变形水系二次电池。

文章要点

1）在GaInSn合金负极中，Ga是活性成分，Sn和In提高了耐酸性，使共熔点降低到-19 °C。因此可以使用强酸性的电解质（pH=0.9），从而提高了PANI正极的活性和稳定性。因此，该电池具有优异的电化学性能和机械稳定性。

2）GaInSn-PANI电池通过Ga³⁺剥离/电镀和Cl^-插入/提取的混合机制运行，具有超过223.9 mAh g⁻¹的高可逆容量和500次循环后0.2A g⁻¹下80.3%的容量保持率，以及分别为4300 mW g⁻¹和98.7mWh g⁻¹的出色功率和能量密度。

3）由于是液态负极，电池在没有包装的情况下，可以在几个毫牛顿的小作用力下变形，而不会造成任何容量损失。此外，在大约−5 °C时，电池在0.2 A ^g−1下的容量为67.8 mAh g⁻¹，弹性为100%。因此，这种电池在低温和苛刻的环境中作为一种可变形能源器件具有极大的潜力。

参考文献

Hao Fu, et al, A Shape-Variable, Low-Temperature Liquid Metal–Conductive Polymer Aqueous Secondary Battery, Adv. Funct. Mater. 2021

DOI: 10.1002/adfm.202107062

https://doi.org/10.1002/adfm.202107062