水凝膠電解質(zhì)有望用于穩(wěn)定的鋅金屬電池；然而，開發(fā)一種平衡機(jī)械性能、離子導(dǎo)電性和界面穩(wěn)定性的水凝膠電解質(zhì)是極具挑戰(zhàn)性的。

在此，中南大學(xué)潘安強(qiáng)、方國趙等人報(bào)告了一種高度纏連的水凝膠電解質(zhì)，它通過優(yōu)化親水鏈的致密可逆構(gòu)象，實(shí)現(xiàn)了顯著的機(jī)械性能（446 kPa 拉伸強(qiáng)度）和高離子電導(dǎo)率（3.93 mS cm^-1）。此外，由于界面限制效應(yīng)，高度纏結(jié)的水凝膠電解質(zhì)能夠使負(fù)極動(dòng)態(tài)穩(wěn)定，呈現(xiàn)非枝晶平面形態(tài)。

因此，采用這種電解質(zhì)體系的鋅負(fù)極在 0.5 mA cm^-2的條件下可實(shí)現(xiàn) 6000 小時(shí)的長期循環(huán)穩(wěn)定性，在 68.4% 的放電深度條件下可實(shí)現(xiàn) 220 小時(shí)以上的長期循環(huán)穩(wěn)定性。

圖1. 高強(qiáng)度水凝膠電解質(zhì)的意義和特性

總之，該工作提出了一種獨(dú)特的高度糾纏聚合物電解質(zhì)的設(shè)計(jì)策略，該種電解質(zhì)具有類似織物的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中所有鏈都很長，而且糾纏的數(shù)量大大超過交聯(lián)鏈。該種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高機(jī)械強(qiáng)度（拉伸強(qiáng)度為 446 kPa，彈性模量為 128 kPa）和出色的離子導(dǎo)電性（3.93 mS cm^-1），巧妙地解決了機(jī)械性能和離子導(dǎo)電性之間的矛盾。

更有趣的是，由于高鏈密度聚合物的限域效應(yīng)，負(fù)極上原位生成了由平行于基底表面的細(xì)薄片組成的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定中間層，從而抑制了鋅負(fù)極的枝晶生長。該電解質(zhì)賦予了鋅負(fù)極極高的穩(wěn)定性（超過 6000 小時(shí)）和極深的放電性能（超過 220 小時(shí)，DOD 為 68.4%）。此外，組裝的軟包電池和纖維電池表現(xiàn)出了出色的環(huán)境適應(yīng)性和循環(huán)穩(wěn)定性。

圖2. 柔性可穿戴糾纏電池及其應(yīng)用

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