AM: 一种具有阴离子锁定超分子网络的坚固且坚韧的复合水凝胶电解质，用于锌离子电池

文章总结

水凝胶电解质因其优异的柔韧性和良好的安全性，在锌离子电池领域受到了广泛关注。然而，其有限的机械性能、较低的离子电导率以及较差的锌离子迁移数，给高性能锌离子电池的开发带来了重大挑战。在本文中，这项研究工作通过芳纶纳米纤维、聚乙烯醇与阴离子之间丰富的氢键相互作用，构建了一种能够锁定阴离子和活性水分子的三维超分子网络。这种网络协同增强了机械性能（机械强度达到 0.88 兆帕，韧性为 3.28 兆焦每立方米）、离子电导率（4.22 西门子每米）以及锌离子迁移数（0.78）。因此，这种超分子复合水凝胶电解质能够有效抑制枝晶生长和副反应，促进界面调控，并实现均匀的锌沉积。锌负极在 5 毫安每平方厘米的电流密度和 5 毫安时每平方厘米的面容量下，循环寿命可达 1500 小时，在 600 次循环中平均库仑效率为 99.1%。此外，锌 || 聚苯胺全电池在 1 安每克的电流密度下循环 9100 次后，仍能保持 78% 的高容量保持率。组装的软包电池展现出良好的柔韧性、可变形性和抗压性。这项工作为锌离子电池高性能水凝胶电解质的设计提供了有价值的思路。

图文简介

a) 复合水凝胶电解质（CHE）的制备过程及结构示意图。b) 复合水凝胶电解质（CHE）与普通水凝胶电解质（PHE）之间的性能对比。

a) PH 和 CH 的红外光谱图。b) CH 和 CHE 的红外光谱图。c) LE 和 CHE 的红外光谱图。d、e) CH（d）和 PH（e）的扫描电子显微镜图像。f) PHE 和 CHE 的频率扫描流变曲线。g) 由 LE、PHE 和 CHE 的红外光谱结果得出的三种水的类型。h) CHE 中不同相互作用的结合能。

a) 复合水凝胶电解质（CHE）、普通水凝胶电解质（PHE）和玻璃纤维（GF）的应力 - 应变曲线。b) 普通水凝胶电解质（PHE）和复合水凝胶电解质（CHE）在杨氏模量、强度和韧性方面的比较。c) 复合水凝胶电解质（CHE）、普通水凝胶电解质（PHE）和玻璃纤维（GF）的抗穿刺测试。d) 不同电解质的电导率。e) 复合水凝胶电解质（CHE）与其他水凝胶电解质在强度和电导率方面的比较。f) 不同电解质的锌离子迁移数。g) 不同电解质的阿伦尼乌斯图以及活化能的比较。h) 复合水凝胶电解质（CHE）的分子动力学模拟快照。i) 从分子动力学模拟中采集的两种不同电解质体系相应的径向分布函数（RDF）图。

a) 锌负极在复合水凝胶电解质（CHE）、普通水凝胶电解质（PHE）和液态电解质（LE）中扫描得到的线性极化曲线。b) 锌负极在复合水凝胶电解质（CHE）、普通水凝胶电解质（PHE）和液态电解质（LE）中的塔菲尔曲线。c) 锌 || 铜不对称电池在复合水凝胶电解质（CHE）、普通水凝胶电解质（PHE）和液态电解质（LE）中的循环伏安曲线。d) 锌 || 复合水凝胶电解质（CHE）|| 锌、锌 || 液态电解质（LE）|| 锌对称电池在 - 180 毫伏恒压下的电流 - 时间曲线。e) 在 5 毫安每平方厘米电流密度下锌电镀的光学显微镜图像。f 至 k) 锌负极在不同电解质中循环 50 次后的表面和横截面扫描电子显微镜图像：f 至 g) 液态电解质（LE）；h、i) 普通水凝胶电解质（PHE）；j、k) 复合水凝胶电解质（CHE）。l) 锌负极在不同电解质中循环 20 次后的 X 射线衍射图谱。

a) 使用不同电解质的锌对称电池的倍率性能。b、c) 使用不同电解质在不同电流密度下的锌电镀 / 剥离循环性能：(b) 1 毫安每平方厘米和 1 毫安时每平方厘米；(c) 5 毫安每平方厘米和 5 毫安时每平方厘米。d、e) 使用不同电解质的锌 || 铜不对称电池的性能：(d) 库仑效率；(e) 电压 - 容量曲线。f) 锌 || 复合水凝胶电解质（CHE）|| 铜不对称电池在不同循环次数下的电压 - 容量曲线。

论文信息

通讯作者：Piaopiao Zhou, Mingmao Wu, Xiaolin Lyu

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