研究背景

柔性可穿戴电子设备自问世以来，即受到学术界与产业界的广泛关注，被视为未来智慧生活与移动场景中的重要解决方案。随着人们对高品质生活追求的日益增强，预计该领域在未来数十年将持续快速发展，目前已涌现出多项令人瞩目的技术突破。

然而，相较于持续迭代的柔性电子设备，与之匹配的柔性储能技术发展相对滞后。出于对安全性的优先考量，研究重心逐渐从高能量密度的有机体系转向更具安全性优势、但能量密度相对有限的水系储能体系。在此类体系中，水系锌金属电池因具备较高的理论负极容量、本征安全性及丰富的资源储备，展现出突出的应用潜力。

当前，适用于可穿戴水系锌金属电池的柔性正极制备工艺，仍主要受限于传统的“一锅法”溶剂热合成及简易的烧杯反应。这些方法普遍存在制备周期长、能耗高、过程复杂且伴有安全隐患等问题，严重制约了其从实验室走向规模化生产的可行性。因此，开发一种可实现连续化、规模化生产的高性能柔性正极制备方法，对推动水系锌金属电池在可穿戴领域的实际应用具有重要意义。

研究内容

为了稳定实现高性能柔性正极的连续制备，姚亚刚团队连同鲁汶大学Jan Fransaer/浙江大学张漩团队提出了一种基于电化学的连续合成策略：在柔性碳基底上卷对卷原位电化学合成，活化MOFs材料。该方法成功绕过了传统“一锅法”溶剂热工艺所固有的耗时、高能耗、操作复杂及安全风险等问题，成功制备出性能良好的柔性正极（Ni_0.7Co_0.3HB-DH@柔性基底）。与锌负极匹配后，整个可穿戴器件的能量密度分别达到~319 Wh L⁻¹（纤维电池）和~264 Wh L⁻¹（平面电池）。这一进展为缩小实验室研究与工业生产之间的差距、推动可穿戴水系锌金属电池的实际应用提供了一种有效方法。

研究亮点

1.本研究首次聚焦于MOF材料的原位电化学活化过程，系统探究并阐明了Co/Ni-MOFs（作为前驱体）在碱性条件下从晶态到非晶态的转变机制。这一成果为广泛应用的MOF衍生物在催化与储能领域作为高性能材料的转化路径提供了理论依据与实验参考。

2.研究首次实现了在室温溶液中通过连续卷对卷电化学工艺合成高性能柔性正极，（在柔性基底上快速电化学合成Co/Ni-MOF并对其进行电化学活化），避开了传统“一锅法”溶剂热工艺所固有的不利因素，并成功应用于水系锌金属电池体系，为可穿戴水系锌金属电池的应用提供了参考。

图文导读

图：卷对卷原位电化学制备 Co/Ni-MOF (Ni_xCo_1-x-HB) 及其电化学活化 (Ni_xCo_1-x-HB-DH) 的工艺流程示意图。

图：不同方法下合成Co/Ni-MOF (Ni_xCo_1-x-HB) 的能耗与产率。

图3：Co/Ni-MOF(Ni_xCo_1-x-HB) 及其活化产物 Ni_xCo_1-x-HB-DH 的表征。

图4：Co/Ni-MOF (Ni_0.7Co_0.3-HB) 向活化产物 Ni_0.7Co_0.3-HB-DH 转变的深度表征。

图5：相应纤维与平面电池的组装、表征及应用。

相关工作以题为“Sustainable continuous scale synthesis of positive material for high-performance wearable aqueous Zn metal batteries”发表在国际知名期刊Advanced Materials上。

文章第一作者：Zhenyu Zhou。

文章通讯作者: Jan Fransaer, Yagang Yao, Xuan Zhang。

该工作得到了比利时EOS-ECOBAT Project Consortium（40007515）和国家自然科学基金（52561160149，T2550097）的支持。

文章链接：https://doi.org/10.1002/adma.202520188