​中南潘安强/方国赵ACS Energy Letters: 高缠连水凝胶通过界面限域效应实现稳定的锌金属电池

水凝胶电解质有望用于稳定的锌金属电池；然而，开发一种平衡机械性能、离子导电性和界面稳定性的水凝胶电解质是极具挑战性的。

在此，中南大学潘安强、方国赵等人报告了一种高度缠连的水凝胶电解质，它通过优化亲水链的致密可逆构象，实现了显著的机械性能（446 kPa 拉伸强度）和高离子电导率（3.93 mS cm^-1）。此外，由于界面限制效应，高度缠结的水凝胶电解质能够使负极动态稳定，呈现非枝晶平面形态。

因此，采用这种电解质体系的锌负极在 0.5 mA cm^-2的条件下可实现 6000 小时的长期循环稳定性，在 68.4% 的放电深度条件下可实现 220 小时以上的长期循环稳定性。

图1. 高强度水凝胶电解质的意义和特性

总之，该工作提出了一种独特的高度纠缠聚合物电解质的设计策略，该种电解质具有类似织物的拓扑结构，其中所有链都很长，而且纠缠的数量大大超过交联链。该种结构设计同时实现了高机械强度（拉伸强度为 446 kPa，弹性模量为 128 kPa）和出色的离子导电性（3.93 mS cm^-1），巧妙地解决了机械性能和离子导电性之间的矛盾。

更有趣的是，由于高链密度聚合物的限域效应，负极上原位生成了由平行于基底表面的细薄片组成的动态稳定中间层，从而抑制了锌负极的枝晶生长。该电解质赋予了锌负极极高的稳定性（超过 6000 小时）和极深的放电性能（超过 220 小时，DOD 为 68.4%）。此外，组装的软包电池和纤维电池表现出了出色的环境适应性和循环稳定性。

图2. 柔性可穿戴纠缠电池及其应用

Highly Entangled Hydrogel Enables Stable Zinc Metal Batteries via Interfacial Confinement Effect, ACS Energy Letters 2023 DOI: 10.1021/acsenergylett.3c02139