柔性和可穿戴电子产品的出现激发了大量关于强大、可靠、低成本、具有优异电化学性能的可穿戴储能设备的研究。目前，柔性锂离子电池(LIB)和超级电容器(SC)被认为是柔性和可穿戴电子设备中两种有前途的储能设备，但是它们的功率密度和循环寿命、低能量密度很有限。为了解决这些缺点，利用电容器型电极和电池型电极结合的混合型电容器(HSC)是最有前景的提高设备能量密度的方法。锌离子混合超级电容器(ZHSC)由于其结合了锌离子电池(ZIB)的优异性能、高安全性、无毒性和丰富的锌资源等优点，被认为是最有潜力的储能器件之一。然而，由于使用不安全的水溶液电解质的限制，导致锌枝晶形成明显，副反应，阳极腐蚀，并且在日常使用中无法承受较大的机械冲击和损害，包括被撞击、撕裂、刺穿或折叠。为了解决上述问题，设计一种可扩展的、薄的、高性能的基于聚丙烯腈(PAN)和聚丙烯酰胺(PAM)的分级结构凝胶电解质，提出了一种具有高电化学功能的极其安全、灵活的准固态ZHSC。

图1 凝胶电解质的制备示意图及形貌表征

  近日，贵州大学材料与冶金学院谢海波教授课题组在国际一区TOP期刊《Chemical Engineering Journal》（影响因子:16.744）发表重要研究成果“An extremely safe and flexible zinc-ion hybrid supercapacitor based on a scalable, thin and high-performance hierarchical structured gel electrolyte”, (Doi: 10.1016/j.cej.2023.144339), 2020级硕士研究生覃上东为论文第一作者，通讯作者为谢海波教授，黄俊特聘教授，徐芹芹副教授。该工作设计了一种可扩展的、薄的、高性能的分级结构凝胶电解质，包括静电纺聚丙烯腈(PAN)基质、聚丙烯酰胺(PAM)和锌盐（图1）。将凝胶电解质应用于锌离子电容器中得到了优异的电化学性能、倍率性能以及长循环性能（图2）。所制备的凝胶电解质能有效抑制锌枝晶的生长，因此对称锌电池具有稳定的长循环性能（图3）。得益于精心设计的电解质独特的界面和优越的电化学性能，锌离子电容器实现了高能量密度和功率密度(132.5 Wh kg-1和1244.4 W kg-1)，在不同弯折角度下的具有优异的稳定性和实际应用潜力（图4）。准固态锌离子电容器比传统的柔性电池具有极高的安全性和高耐磨性，可以在各种极端条件下连续工作，如锤击、燃烧、洗涤、切割、弯曲和穿孔（图5）。

图2 凝胶电解质应用于锌离子电容器中的基本电化学性能

图3 凝胶电解质抑制锌枝晶生长性能

图5 凝胶电解质应用于锌离子电容器在极端条件下工作

图5 凝胶电解质应用于锌离子电容器在极端条件下工作