中科院理化所AM：梯度准固态电解质实现高性能锌离子电池

准固态电解质（QSEs）具有更好的离子传输特性和高稳定性，其协同作用的基础是多金属网络中可调的官能团和封闭的溶剂分子，因此受到广泛关注。然而，QSE 中存在聚合物含量与离子传导性之间的权衡效应，从而限制了其速率性能。

在此，中国科学院物理化学技术研究所江雷团队采用了外延聚合策略构建共价梯度水凝胶网络（GHNs）。结果表明，负电荷的不对称分布使 GHNs 具有快速和选择性离子传输特性，在聚合物含量相同的情况下，其 Zn²⁺ 迁移数为 0.65，高于均质网络（0.52）。

同时，在 GHNs/Zn 界面形成的高密度网络能有效固定自由水，均匀 Zn²⁺ 通量，极大地抑制了与水有关的副反应和锂枝晶生长。因此，在 8 mA cm^-2 和 1 mAh cm^-2 的条件下，GHNs 可使 Zn||Zn 对称电池在 1000 小时内稳定循环。

图1. GHNs的制备

总之，该工作通过在引发剂浸润的锌负极上引发了外延聚合，直接构建了梯度多金属网络。准固体电解质的梯度设计可以在聚合物含量极低的情况下实现选择性和快速离子传输。通过一系列先进的表征和 MD 模拟验证，GHNs中的非对称电荷分布诱导了Zn²⁺的选择性快速传输。高密度的界面多金属网络保证了电极/电解质界面的稳固，抑制了枝晶的形成和腐蚀。

因此，GHNs 可以有效地稳定锌负极，并分别在高电压和低温 AZIB 中提供卓越的适应性。该工作建立非对称离子传输通道的策略为实现高能量和安全电池的准固体电解质工程铺平了新的道路。

图2. 电池性能

Gradient Quasi-Solid Electrolyte Enables Selective and Fast Ion Transport for Robust Aqueous Zinc-Ion Batteries，Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202308639