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南京大學李承輝教授/金鐘教授團隊 AFM：高性能水凝膠電解質助力柔性、抗凍、無枝晶鋅離子電池

2024-03-01 來源：高分子科技

目前針對柔性水系鋅離子儲能體系的水凝膠電解質研究主要集中在以下三個方面：1）優化水凝膠電解質的基本特性，如機械強度和離子導電性，以提高其在柔性電化學系統中的適用性；2）使用水凝膠電解質穩定鋅負極和正極，以提高可逆性；3）設計功能性水凝膠電解質，賦予柔性水系鋅離子儲能體系在特殊環境（如寒冷）中的多功能性。因此，有必要將它們結合起來，設計出一種功能全面的水凝膠電解質。

近日，南京大學化學化工學院李承輝、金鐘教授團隊，通過鋅離子與變齒配體之間快速、可逆的分子內/分子間配體交換可以耗散能量的策略構建了一種高性能水凝膠電解質。獲得的水凝膠具有優異的機械性能、抗疲勞性、高離子電導率（38.2 mS cm^-¹）、良好的粘附性（19.1 kPa）和超低的凝固點（-97 °C）。由于變齒配體有助于改善鋅離子溶劑化結構，并構建遷移通道引導鋅的均勻沉積，Zn||Zn對稱電池表現出穩定的電鍍/剝離行為和長循環穩定性。Zn||V₂O₅全電池的容量高達230.6 mAh g^-¹，1000次循環后的容量保持率為75.2%。此外，柔性水系鋅離子電池即使在低溫（-40 °C）和大彎曲角度（180°）等極端條件下也能穩定運行。這種抗機械損傷的水凝膠還可用于柔性應變傳感器。這項研究為開發抗機械變形、無枝晶、抗凍的水系鋅離子電池提供了一種簡便的策略。

圖1 水凝膠電解質的設計與表征

圖2 水凝膠電解質的機械性能和離子電導率

圖3 水凝膠電解質的自粘性和抗凍性

圖4 水凝膠電解質的動力學性能

圖5 全電池的組裝和性能

圖6 應變傳感器的性能

相關工作以“Tough, Anti-Fatigue, Self-Adhesive, and Anti-Freezing Hydrogel Electrolytes for Dendrite-Free Flexible Zinc Ion Batteries and Strain Sensors”為題發表在最新一期的《Advanced Functional Materials》。南京大學博士研究生陳宗舉、沈天宇為論文共同第一作者，共同通訊作者為南京大學化學化工學院李承輝教授、南京大學化學化工學院金鐘教授和南京林業大學理學院羅艷龍副教授。

原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202314864

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（責任編輯：xu）

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