具有海藻酸锌聚合物电解质的生物相容性锌电池

可植入和可穿戴电子产品为控制疾病状况和健康监测开辟了一系列机会,但电池带来的持续安全性对应用构成了巨大障碍,尤其是对于生物医学设备。

在许多情况下,有机物中的有毒且不稳定的电池会导致潜在的破坏性并发症,从而导致相应的液化坏死、组织破坏和爆炸性烧伤相关伤害。因此,生物安全储能系统亟待引起足够的重视。

由于其固有的安全性、高容量和稳定性,水系锌基(ZBs)电池在现代可穿戴和可植入设备中的潜在应用越来越受到关注。然而,如何解决ZBs的生物安全设计和电化学性能不足的问题,在走向实践时需要进一步改进,特别是对于可穿戴和生物医学设备。

为了应对这一挑战,最近,由中国中南大学(CSU)的周江教授领导的能源团队提出了一种绿色和可编程的电交联策略,以制备基于生物相容性锌电池的海藻酸锌聚合物电解质。藻酸盐羧酸盐基团与游离Zn2+的超离子结合,通过电氧化激活。

植入兔体内的电池的生物相容性和安全性研究。(a)使用兔子模型的生物相容性应用示意图。(b)胃壁的照片和(c)将未损坏的电池植入胃中6小时后的粘膜HE染色切片。图片来源:科学中国出版社

通过使用该方法,在短短的80s内,直接在金属Zn表面获得了具有可调节通道的稳定聚合物电解质。所制备的电解质具有99.65%库仑效率的高可逆性和超过500小时的长期稳定性。

重要的是,在使用所制备的凝胶电解质循环的电池负极表面暴露6小时后,在兔子模型中观察到最小的粘膜损伤,表明所制备的凝胶电解质是一种生物相容性材料,不具有任何在消化系统的微酸性环境中有明显的腐蚀作用。

制备海藻酸锌聚合物电解质的新策略与传统方法相比具有三个突出优点:(1)电解质合成的交联过程避免了任何化学试剂或引发剂的引入;(2)通过自动可编程策略,可以很容易地提供从微米到大尺寸的高度可逆锌电池;(3)高生物相容性,可植入和生物集成设备,确保人体安全。