​港理工张标AM：基于抗疲劳水凝胶电解质的全柔性锌离子电池

水凝胶电解质已被广泛用于锌金属电池，以用于可穿戴电子产品。尽管在优化化学结构和提高拉伸弹性方面进行了广泛的研究，但水凝胶在反复变形下的机械稳定性在很大程度上被忽视，这会导致其在大循环容量下的性能不令人满意。

图1 材料合成与表征

香港理工大学张标等通过对采用各种水凝胶电解质的锌负极的系统研究，发现抗疲劳性能对保证水凝胶的稳定性和完整性起着至关重要的作用。另外，盐和聚合物基质都显著影响水凝胶在循环压缩下的机械稳定性。

在所有合成的电解质中，Zn(ClO₄)₂-聚丙烯酰胺/壳聚糖水凝胶电解质（C-PAMCS）是高能锌负极的理想选择。由于离液盐和双网络共聚物，C-PAMCS在不牺牲Zn沉积均匀性的情况下显示出改善的抗疲劳性能。

图2 水凝胶电解质的机械性能

结果，采用C-PAMCS的对称Zn//Zn电池在大容量下提供了前所未有的循环寿命，即在5mA cm^-2/5mAh cm^-2和10mA cm^-2/10mAh cm^-2下分别超过2700小时和1500小时。

此外，作者举例展示了C-PAMCS在全柔性锌离子电池中的潜在应用，该电池由基于嵌入Ag纳米线弹性体的柔性集流体实现。这项工作为开发高性能锌负极和衍生储能装置提供了水凝胶电解质工程的基本原理。

图3 全柔性锌离子电池的性能

Anti-Fatigue Hydrogel Electrolyte for All-Flexible Zn-Ion Batteries. Advanced Materials 2023. DOI: 10.1002/adma.202300498