武培怡/焦玉聪Adv. Sci.: 凝胶电解质构建（002）沉积晶面稳定锌负极

锌（Zn）金属负极已在水系锌电池中得到广泛研究。然而，枝晶形成问题和连续的副反应严重阻碍了锌负极在高电流密度下的实际应用。

在此，东华大学武培怡教授、焦玉聪研究员等人报道通过掺入两性离子凝胶聚（3-（1-乙烯基-3-咪唑啉）丙磺酸盐）（PVIPS）来设计具有多功能带电基团的凝胶电解质（PZIB）可以有效地解决上述问题。通过紫外诱导聚合，将VIPS聚合在细菌纤维素（BC）网络中制备PZIB凝胶。研究表明，多两性离子中大量的磺酸根和咪唑带电基团可以调节Zn²⁺的溶剂化结构从而起到抑制锌负极副反应的作用。

此外，磺酸根和咪唑基团可以使电场分布均匀并成功地织构Zn²⁺均匀外延形成（002）晶面，以进一步抑制枝晶的形成和副反应。甚至，带电基团可以提高锌盐的解离率以改善Zn²⁺的传输，从而导致21.88 mS cm^-1的高离子电导率和0.74的Zn²⁺迁移数。

图1. 镀锌/剥离性能的电化学表征

因此，在5 mA cm^-2的高电流密度和5 mA h cm^-2的面积容量下，PZIB凝胶电解质增强对称锌电池可以稳定循环超过500小时，而具有液体电解质的电池在短路前只能循环不到20小时。此外，在7.5 mA cm^-2的高密度下，对称锌电池的累积容量为3000 mA h cm^-2，超过了目前报道的大多数高电流密度的锌电池。

进一步实验表明，Zn/MnO₂全电池在5C下具有超过1000次的长期循环寿命。柔性Zn/PZIB凝胶电解质/MnO₂准固态全电池在5 C倍率下不同弯曲角度均可提供高达120.6 mAh g^-1的容量，其安全性能也通过不同的破坏性实验得到证实。因此，该凝胶电解质的设计将为安全、柔性和可穿戴的储能设备提供有希望的可行性。

图2. 柔性Zn/PZIB凝胶电解质/MnO₂准固态电池的电化学性能

Gel Electrolyte Constructing Zn (002) Deposition Crystal Plane Toward Highly Stable Zn Anode, Advanced Science 2022. DOI: 10.1002/advs.202104832

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武培怡/焦玉聪Adv. Sci.: 凝胶电解质构建（002）沉积晶面稳定锌负极

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