近日，贵州大学材料与冶金学院黄俊课题组在锌离子电池凝胶电解质的研究中取得了重要进展，成果以 “Hydrogel Electrolyte with Electron/Ion Dual Regulation Mechanism for Highly Reversible Flexible Zinc Batteries”为题发表在国际顶级期刊“Energy & Environmental Science”（影响因子32.4，中科院一区TOP期刊）上。我校材料与冶金学院是论文的第一完成单位，我校硕士研究生罗福生和杨宋为文章的共同第一作者，贵州大学黄俊特聘教授、谢海波教授和南昌大学陈义旺教授为共同通讯作者。
柔性锌离子电池因其高理论容量、环境友好性和安全性，被视为可穿戴电子设备中最有潜力的储能技术之一。然而，当受到较大的机械应力时，结构稳定性减弱、电极-电解质界面的寄生副反应、锌枝晶在电镀/剥离过程中的严重生长，以及锌阳极上电荷分布不均匀引发的尖端效应，这些问题严重阻碍了柔性锌离子电池的发展。针对上述问题，水凝胶电解质因其独特的优势而备受关注，因为它不仅可以有效地调节界面离子迁移，改善锌的电镀/剥离行为以抑制枝晶的形成，而且能够避免液体电解质易泄漏带来的安全隐患。目前，大量的研究致力于优化水凝胶电解质的性能，包括极性基团的引入以促进锌离子均匀传输、构建特殊的网络结构以调节锌离子通量分布、建立离子转移通道以提高离子电导率、制备中性水凝胶以增强电化学稳定性、抑制自由水活性以减少副反应等。然而，常规的优化措施往往依赖于单一的离子调节策略，而忽视了对锌阳极表面不均匀电荷分布的调控。这将会导致在长期电镀/剥离过程中电荷更容易在锌阳极上的突起处积聚，从而产生强烈的尖端效应。由此产生的非均匀离子/电子场将引发显著的枝晶生长和电极-电解质界面恶化。综上所述，单一的离子调控机制在实现高性能柔性锌离子电池方面存在明显的局限性。因此，迫切需要开发一种能够有效调节离子和电子传递的策略，以解决上述问题。
鉴于此，我校黄俊特聘教授团队开发了一种具备独特的电子/离子双重调控机制的水凝胶电解质，用于高性能柔性锌离子电池。这种新型水凝胶电解质将聚丙烯酰胺(PAM)网络和羧基化多壁碳纳米管(MWCNTs)复合，通过PAM链内带负电荷的羰基和MWCNTs的高导电性的协同调节机制，使得锌阳极表面离子/电子场均匀化。该水凝胶电解质在室温下具有0.712的高锌离子迁移数和22.02 mS cm-1的高离子电导率，以及卓越的电池性能：包括98.2%的高库仑效率，超过3600小时的长循环寿命。同时，柔性Zn//MnO2软包电池展现出优越的机械及电化学稳定性。
该研究得到了国家自然科学基金、贵州省科技厅基金项目、贵州省教育厅基金项目等的资助。
一审：黄彩娟
二审：王丽远
三审：刘 剑