生物相容性锌基电池 | NSR

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电解质构筑和生物相容性示意图

研究团队通过电化学氧化方法激活自由Zn²⁺与海藻酸羧基（Alg）进行超离子结合，在短短80秒时间内，无需使用有毒的化学引发剂或试剂，即可在金属锌（线状、片状等）表面原位制备层状结构的凝胶电解质，其交联时间与电解质厚度呈现良好的线性关系，展现出良好的可编程性。将二氧化锰电极缠绕在电解质外即可制备出Zn//MnO₂线状锌基电池。基于电解质高离子导通性和原位锌负极保护策略，锌沉积/剥离效率高达99.65%，并实现了500 h的长时间持续循环，表现出优异的可逆性和稳定性。

(a)原位制备Zn-Alg-5电解质及其全电池组装示意图；(b)电交联时间与电解质厚度关系；(c)不同电交联时间下的电解质实物图；(d)电交联后电解质SEM图。

电池的生物相容性和安全性测试是基于新西兰大白兔为活体模型验证。为了更好地对比，研究也采用了有机电解液的锂、钠离子的电池作为对照组。将电池放置在胃粘膜上6小时，模拟人体误吞整个完整电池至胃部时的情形。实验结果显示，采用锂和钠离子电池均表现出肉眼可见的糜烂点，分散在胃黏膜表面；而接触Zn-Alg-5凝胶电解质或液体电解液锌电池的胃粘膜未见黏膜损伤；进一步，苏木精-伊红(HE)染色后胃切片的显微镜结果显示，由于有机溶剂腐蚀接触锂、钠电解液电池的胃粘膜中断、不连续，可见充血坏死灶，中性粒细胞浸润。相反，对于使用凝胶电解质的锌电池，胃粘膜镜下看到结构清晰完整性、黏膜连续、未见明显损伤。

(a)使用兔子模型的生物相容性应用示意图；(b) 胃壁的照片；(c)其粘膜的HE染色切片图。

这项研究成功地开发了一种可编程、绿色的电交联法制备出分层结构的海藻酸锌凝胶电解质。基于电解质的优势，柔性线状锌电池具有出色的电化学性能和稳定性。经实验室兔子的生物安全性研究验证该电解质的优势和可行性，为未来应用于便携式、穿戴式、植入式等设备的高安全生物相容型电池研究提供借鉴。