南京大学李承辉教授/金钟教授团队 AFM：高性能水凝胶电解质助力柔性、抗冻、无枝晶锌离子电池

2024-03-01 来源：高分子科技

目前针对柔性水系锌离子储能体系的水凝胶电解质研究主要集中在以下三个方面：1）优化水凝胶电解质的基本特性，如机械强度和离子导电性，以提高其在柔性电化学系统中的适用性；2）使用水凝胶电解质稳定锌负极和正极，以提高可逆性；3）设计功能性水凝胶电解质，赋予柔性水系锌离子储能体系在特殊环境（如寒冷）中的多功能性。因此，有必要将它们结合起来，设计出一种功能全面的水凝胶电解质。

近日，南京大学化学化工学院李承辉、金钟教授团队，通过锌离子与变齿配体之间快速、可逆的分子内/分子间配体交换可以耗散能量的策略构建了一种高性能水凝胶电解质。获得的水凝胶具有优异的机械性能、抗疲劳性、高离子电导率（38.2 mS cm^-¹）、良好的粘附性（19.1 kPa）和超低的凝固点（-97 °C）。由于变齿配体有助于改善锌离子溶剂化结构，并构建迁移通道引导锌的均匀沉积，Zn||Zn对称电池表现出稳定的电镀/剥离行为和长循环稳定性。Zn||V₂O₅全电池的容量高达230.6 mAh g^-¹，1000次循环后的容量保持率为75.2%。此外，柔性水系锌离子电池即使在低温（-40 °C）和大弯曲角度（180°）等极端条件下也能稳定运行。这种抗机械损伤的水凝胶还可用于柔性应变传感器。这项研究为开发抗机械变形、无枝晶、抗冻的水系锌离子电池提供了一种简便的策略。

图1 水凝胶电解质的设计与表征

图2 水凝胶电解质的机械性能和离子电导率

图3 水凝胶电解质的自粘性和抗冻性

图4 水凝胶电解质的动力学性能

图5 全电池的组装和性能

图6 应变传感器的性能

相关工作以“Tough, Anti-Fatigue, Self-Adhesive, and Anti-Freezing Hydrogel Electrolytes for Dendrite-Free Flexible Zinc Ion Batteries and Strain Sensors”为题发表在最新一期的《Advanced Functional Materials》。南京大学博士研究生陈宗举、沈天宇为论文共同第一作者，共同通讯作者为南京大学化学化工学院李承辉教授、南京大学化学化工学院金钟教授和南京林业大学理学院罗艳龙副教授。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202314864

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（责任编辑：xu）

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