基于水凝胶电解质的储能器件已得到广泛关注，其中引入导电填料或离子是制备导电水凝胶的主流途径。然而，所添加的导电因子往往会由于结构失配造成凝胶机械性能或电化学性能的下降；同时，凝胶中的水分子易在低/高温下结冰/挥发，对环境温度的耐受性较差，极大限制了水凝胶基固体电容器的应用场景。

  针对上述所存在的实际问题，近期浙江工业大学郑司雨副研究员，杨晋涛教授课题组和美国阿克伦大学的张冬博士通过快速溶剂置换制备了含有离子液体EMIM-BF4的一种双网络两性离子型离子凝胶电解质，其中一层网络为P(VBIPS-co-AAm)两性离子化学交联网络，另一网络为PVA物理网络。

图1. 双网络两性离子型PVA/PAS-ILs水凝胶的制备及性能表征。

  所得离子凝胶电解质（PVA/PAAm-VBIPS）的性能出色，其中两性离子型聚合物链段（polyVBIPS）提供良好的离子液体保留能力，且为离子提供良好的迁移通道；而PVA网络结构则为凝胶提供了能量耗散途径，提升了凝胶的机械性能。所得凝胶的断裂强度高达1.9 MPa（图1），且室温下电导率高达7.24 mS/cm（图2）。随后，以负载了聚苯胺的碳布为电极材料组装对称式超级电容器；该两性离子型凝胶电解质在0.5 mA/cm²电流密度下具有227.7 mF/cm²的比电容，且在极端温度如50 ℃和-20 ℃下仍分别具有108%和94.3%的电容保持率，甚至在-60 ℃的极低温下仍有177.6 mF/cm²的面积比电容（图3，4）。此外，该凝胶电解质器件的生物毒性较低（图5），有望应用于植入式器件。

图2. 双网络两性离子型凝胶的电化学性能。

图3. 不同温度下器件的性能。

图4. 器件的储能机制分析及能量密度和功率密度对比。

图5. PVA/PAS-PBS电解质的性能表征。

  相关工作以“Polyzwitterionic Double-Network Ionogel Electrolytes for Supercapacitors with Cryogenic-Effective Stability”为题发表于Chemical Engineering Journal，论文第一作者为浙江工业大学材料学院硕士生王帅兵，共同第一作者为阿克伦大学张冬，通讯作者为浙江工业大学郑司雨副研究员、杨晋涛教授。

  文章信息：

  S. Wang, D. Zhang*, X. He, J. Yuan, W. Que, Y. Yang, I. Protsak, X. Huang, C. Zhang, T. Lu, P. Pal, S. Liu, S.Y. Zheng*, J. Yang*, Polyzwitterionic double-network ionogel electrolytes for supercapacitors with cryogenic-effective stability, Chem. Eng. J. 438 (2022) 135607.

  https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.135607