近期，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所研究員胡林華團隊在水系鋅離子電池凝膠電解質(zhì)研究方面取得進展。

水系鋅離子電池因電解液泄漏和腐蝕問題導(dǎo)致實際應(yīng)用受限，而準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)因其流變穩(wěn)定性和高柔韌性被視為解決方案。然而，當(dāng)前對準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)的研究普遍忽視成本與毒性控制，且準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)的抗疲勞性能亟待提升。醋酸鋅電解質(zhì)符合成本和生態(tài)需求，但溶解性差，導(dǎo)致參與電化學(xué)反應(yīng)的鋅離子不足，進而限制電池容量與倍率性能。

針對這一挑戰(zhàn)，研究人員利用尿素作為親鋅增溶劑，成功突破了傳統(tǒng)醋酸鋅水凝膠的濃度限制。研究發(fā)現(xiàn)，由于“鹽析”效應(yīng)，高濃度的Ac^?促使聚合物鏈上的水合殼層脫落，增強了鏈段之間的糾纏，從而使得凝膠電解質(zhì)的拉伸率提高至557%，壓縮強度達(dá)到3.7 MPa。這一特性顯著增強了水凝膠的抗疲勞性能，使其能夠抵抗重復(fù)的鋅沉積/剝離過程以及外部物理刺激。

此外，在電池運行過程中，會原位形成聚脲固體電介質(zhì)界面（SEI）層，增強了電極/電解質(zhì)界面的熱力學(xué)穩(wěn)定性。組裝的Zn//Cu電池展現(xiàn)出高達(dá)99.93%的庫侖效率，Zn//NH₄V₄O₁₀軟包電池在500 mA g?¹的電流密度下展現(xiàn)出280.7 mAh g?¹的高比容量，并且在200個循環(huán)后容量保持率為90.13%。軟包電池的靈活性使其即使在彎曲和折疊過程中也能保持穩(wěn)定的電壓。

該研究突破了傳統(tǒng)的液態(tài)醋酸鋅電解液濃度限值，利用親鋅增溶劑構(gòu)建高濃度醋酸鋅凝膠電解質(zhì)，有效穩(wěn)定活性水分子并提升了凝膠電解質(zhì)的機械韌性和抗疲勞性能。同時，構(gòu)建了原位聚脲SEI層，增強了電極/電解質(zhì)界面的熱力學(xué)穩(wěn)定性，顯示出其在便攜式和可穿戴電子設(shè)備中的應(yīng)用潛力。

相關(guān)研究成果發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》上。研究工作得到安徽省自然科學(xué)基金和合肥研究院院長基金等的支持。

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解決體相機械強度和界面穩(wěn)定性問題的電解質(zhì)/負(fù)極界面示意圖

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