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  便攜式/可穿戴電子產(chǎn)品的快速增長需求刺激了對可折疊和高安全性電池電解質(zhì)的深入研究。在各種儲(chǔ)能技術(shù)中，水系鋅離子電池(AZIB)具有鋅資源豐度高、成本低、無毒等優(yōu)點(diǎn)，有望成為最有前途的后鋰電池之一。然而，AZIB通常會(huì)出現(xiàn)鋅枝晶、寄生析氫反應(yīng)(HER)、電解質(zhì)泄漏等問題，嚴(yán)重限制了AZIB的進(jìn)一步應(yīng)用。利用聚合物凝膠電解質(zhì)(PGEs)或聚合物單離子導(dǎo)體(SIC)是解決上述問題的有效策略。其中，PGEs具有不流動(dòng)、穩(wěn)定性/安全性高的特點(diǎn)，在ZIBs中具有很大的應(yīng)用前景。然而，其低保水能力、Zn²⁺轉(zhuǎn)移數(shù)和離子電導(dǎo)率降低了PGE基ZIBs的長期穩(wěn)定性。聚合物上帶負(fù)電的陽離子受體具有高度的局域性，容易與Zn²⁺形成緊密的離子對。Zn²⁺離子通常解離有限，導(dǎo)致SIC基ZIBs的離子電導(dǎo)率較低。因此，單純的PGEs和SIC不能同時(shí)解決上述問題。本研究設(shè)計(jì)并合成了一種高質(zhì)量的準(zhǔn)固體單Zn²⁺導(dǎo)體，將PGE與SIC相結(jié)合，使兩者優(yōu)勢相輔相成，解決了上述問題。

【本文要點(diǎn)】

  要點(diǎn)一：通過COFs快速光固化電解質(zhì)

  電解液的快速制備是ZIBs商業(yè)化的必要前提。該文章使用TCOF-S光催化劑產(chǎn)生自由基，觸發(fā)丙烯酰胺在COFs的孔道中快速原位光固化，在鋅箔表面形成凝膠電解質(zhì)。這為準(zhǔn)固態(tài)ZIBs的未來商業(yè)化提供了一種可能的解決方案。

  要點(diǎn)二：Zn²⁺單離子導(dǎo)體電解質(zhì)

  TCOF-S與各種可定制的功能模塊具有良好的親和力，并且磺酸(-SO₃^-)基團(tuán)可以很容易地作為陽離子受體固定在框架上，使TCOF-S成為SIC。聚丙烯酰胺鏈的溶劑化作用很好地解決了靜電電位的副作用，使Zn²⁺更容易與-SO₃^-基團(tuán)解耦并形成Zn²⁺階梯。這種微環(huán)境的變化激活了Zn²⁺的定向高速運(yùn)動(dòng)。室溫下Zn²⁺電導(dǎo)率達(dá)到27.2 mS/cm， Zn²⁺電導(dǎo)率達(dá)到0.89。

  要點(diǎn)三：Zn²⁺均勻界面沉積

  高穩(wěn)定性和低成本是綠色能源創(chuàng)新的關(guān)鍵。由于鋅離子電池較低成本，只要解決其不穩(wěn)定性問題，ZIB被認(rèn)為是最有前途的儲(chǔ)能技術(shù)之一。該文章設(shè)計(jì)的TCOF-S凝膠電解質(zhì)中，TCOF-S提供了納米級的緩沖通道，使Zn²⁺均勻沉積/剝離，并與鋅箔友好接觸，以抑制枝晶的產(chǎn)生，從而使沉積電位僅為39 mV。TCOF-S、聚丙烯酰胺和水之間的氫鍵也增強(qiáng)了電解質(zhì)的力學(xué)性能和保水性，減少了HER副反應(yīng)，確保實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定性的ZIB。

  要點(diǎn)四：柔性的高性能水系鋅離子全電池

  本文將PGE與SIC相結(jié)合，使兩者優(yōu)勢相輔相成。結(jié)果表明，基于TCOF-S-Gel的Zn-MnO₂全電池具有較高的比容量(248 mAh/g)、較長的循環(huán)壽命(1400次循環(huán))、最低的極化電壓(244 mV)和氧化還原電位差(305 mV)。本研究為開發(fā)一類新型PGE-SIC電解質(zhì)提供了一種新方法，該電解質(zhì)可廣泛用于柔性高性能準(zhǔn)固態(tài)ZIBs的大規(guī)模制造。

  文章鏈接：Rapidly Synthesized Single-Ion Conductive Hydrogel Electrolyte for High-Performance Quasi-Solid-State Zinc-ion Batteries

  第一作者：邱天宇，王同輝

  通訊作者：李英奇*，郎興友*，譚華橋*

  單位：東北師范大學(xué)，吉林大學(xué)

  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202312020

【通訊作者簡介】

  譚華橋教授簡介：東北師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，吉林省分析測試技術(shù)學(xué)會(huì)常務(wù)理事，Chinese Chemical Letters青年編委，主要從事有關(guān)多酸、無機(jī)微納米材料的設(shè)計(jì)合成及催化性能研究。目前，已在Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Energy Environ. Sci., Adv. Energy Mater., Adv. Funct. Mater., ACS Energy Lett., ACS Catal.等國際著名雜志以第一或通訊作者發(fā)表SCI研究論文80余篇，文章他引6000余次，h因子41。主持國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、青年基金、吉林省科技廳項(xiàng)目、東北師范大學(xué)青年拔尖人才項(xiàng)目等。申請國家專利6項(xiàng)，曾榮獲教育部高等學(xué)校科學(xué)研究優(yōu)秀成果獎(jiǎng)自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)，吉林省杰青、Stanford University全球前2%頂尖科學(xué)家“2021年度科學(xué)影響力排行榜”，2019年香江學(xué)者，2018，2019年連續(xù)兩年榮獲英國皇家化學(xué)會(huì)能源與可持續(xù)領(lǐng)域雜志Top 1%高被引中國作者，2018年東北師范大學(xué)青年拔尖人才和“仿吾計(jì)劃”青苗人才，2014年吉林省優(yōu)秀博士學(xué)位論文等。

  李英奇副教授簡介：東北師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院副教授，碩士生導(dǎo)師。浙江大學(xué)材化學(xué)院本科，吉林大學(xué)材料學(xué)院博士，師從蔣青教授、郎興友教授和李建忱教授。一直致力于基于微結(jié)構(gòu)調(diào)控的納米金屬氧化物的合成及其在電容器以及新型離子電池中的應(yīng)用。以第一作者或通訊作者身份在Nature Communications、Angewandte Chemie International Edition、Energy & Environmental Science、Advanced Functional Materials、Energy Storage Materials等高水平國際學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文20余篇，其中高被引論文1篇。獲得國家授權(quán)發(fā)明專利3項(xiàng)。作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人主持國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目 1 項(xiàng)，主持吉林省科技廳面上項(xiàng)目 1 項(xiàng)。

  郎興友教授簡介：汽車材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和吉林大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院“唐敖慶學(xué)者”卓越教授(A崗)、博士生導(dǎo)師，國家2萬人計(jì)劃2科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才、科技部“創(chuàng)新人才推進(jìn)計(jì)劃”中青年科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才、國家2萬人計(jì)劃2青年拔尖人才、教育部2長江學(xué)者獎(jiǎng)勵(lì)計(jì)劃2青年學(xué)者、國家自然科學(xué)基金委優(yōu)秀青年基金獲得者、教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才。2002和2007年分別獲吉林大學(xué)學(xué)士和博士學(xué)位。2007-2009年間受日本學(xué)術(shù)振興會(huì)博士后獎(jiǎng)學(xué)金資助于日本東北大學(xué)金屬材料研究所進(jìn)行合作研究，任外國人特別研究員(JSPS博士后)，2009-2011年先后受聘于日本東北大學(xué)原子分子材料科學(xué)高等研究機(jī)構(gòu)任研究助理和助理教授。2011年7月回吉林大學(xué)任教。目前任國際學(xué)術(shù)期刊Current Nanoscience編委/顧問編委、中國材料研究學(xué)會(huì)多孔材料分會(huì)常務(wù)理事、中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)材料分會(huì)理事、中國汽車工程學(xué)會(huì)汽車材料分會(huì)理事。主要從事介觀材料表/界面科學(xué)、相變熱/動(dòng)力學(xué)和新能源材料及器件應(yīng)用基礎(chǔ)研究工作。近年來，主要圍繞新能源材料及其器件中能量存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)化熱/動(dòng)力學(xué)、微納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與精準(zhǔn)制備、服役性能優(yōu)化所面臨的關(guān)鍵科學(xué)問題開展研究工作，在Nature Nanotechnol., Nature Commun.（5篇）等國際著名學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表論文100余篇，受邀撰寫外文書章節(jié)2章。SCI他引6200余次，單篇最高他引1600余次。獲授權(quán)美國和日本專利各1件、中國國家發(fā)明專利4件。

【第一作者介紹】

  邱天宇博士簡介：東北師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院在讀博士生。師從譚華橋教授、李英奇副教授和李陽光教授。致力于功能化共價(jià)有機(jī)框架的合成及其在光催化及新型離子電池中的應(yīng)用。以第一作者或共同一作身份在Angewandte Chemie、Advanced Energy Materials、Advanced Functional Materials、ACS Catalysis、Chemical Engineering Journal等高水平國際學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文16篇，h因子7，國家授權(quán)發(fā)明專利1項(xiàng)。

  王同輝教授簡介：吉林大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，國家級青年人才。2014年于吉林大學(xué)獲得博士學(xué)位；其后分別在阿卜杜拉國王科技大學(xué)、佐治亞理工學(xué)院、亞利桑那大學(xué)從事博后研究工作；2022年3月入職吉林大學(xué)。長期從事有機(jī)光伏領(lǐng)域的理論研究工作，發(fā)展了緊密結(jié)合長程修正密度泛函理論和全原子分子動(dòng)力學(xué)的方法。利用該方法闡明了代表性聚合物/富勒烯、全聚合物、聚合物/非富勒烯小分子體系分子結(jié)構(gòu)、局部形貌、電子性質(zhì)關(guān)系，并在分子尺度揭示了器件性能的變化機(jī)制，克服了實(shí)驗(yàn)上表征活性層局部形貌的挑戰(zhàn)，為增強(qiáng)材料設(shè)計(jì)能力獲得高性能材料提供了理論基礎(chǔ)。相關(guān)工作以第一/共同第一作者發(fā)表在Matter、Nature Communications、AEM、AFM、JACS等期刊上。