水凝膠電解質(zhì)已被廣泛用于鋅金屬電池，以用于可穿戴電子產(chǎn)品。盡管在優(yōu)化化學(xué)結(jié)構(gòu)和提高拉伸彈性方面進(jìn)行了廣泛的研究，但水凝膠在反復(fù)變形下的機(jī)械穩(wěn)定性在很大程度上被忽視，這會(huì)導(dǎo)致其在大循環(huán)容量下的性能不令人滿意。

圖1 材料合成與表征

香港理工大學(xué)張標(biāo)等通過對(duì)采用各種水凝膠電解質(zhì)的鋅負(fù)極的系統(tǒng)研究，發(fā)現(xiàn)抗疲勞性能對(duì)保證水凝膠的穩(wěn)定性和完整性起著至關(guān)重要的作用。另外，鹽和聚合物基質(zhì)都顯著影響水凝膠在循環(huán)壓縮下的機(jī)械穩(wěn)定性。

在所有合成的電解質(zhì)中，Zn(ClO₄)₂-聚丙烯酰胺/殼聚糖水凝膠電解質(zhì)（C-PAMCS）是高能鋅負(fù)極的理想選擇。由于離液鹽和雙網(wǎng)絡(luò)共聚物，C-PAMCS在不犧牲Zn沉積均勻性的情況下顯示出改善的抗疲勞性能。

圖2 水凝膠電解質(zhì)的機(jī)械性能

結(jié)果，采用C-PAMCS的對(duì)稱Zn//Zn電池在大容量下提供了前所未有的循環(huán)壽命，即在5mA cm^-2/5mAh cm^-2和10mA cm^-2/10mAh cm^-2下分別超過2700小時(shí)和1500小時(shí)。

此外，作者舉例展示了C-PAMCS在全柔性鋅離子電池中的潛在應(yīng)用，該電池由基于嵌入Ag納米線彈性體的柔性集流體實(shí)現(xiàn)。這項(xiàng)工作為開發(fā)高性能鋅負(fù)極和衍生儲(chǔ)能裝置提供了水凝膠電解質(zhì)工程的基本原理。

圖3 全柔性鋅離子電池的性能

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