梯度水凝胶电解质使无枝晶的水系锌离子电池具备高离子导电性和优异的机械性能

《Advanced Materials》：Gradient Hydrogel Electrolyte Enables High Ionic Conductivity and Robust Mechanical Properties for Dendrite-Free Aqueous Zinc-Ion Battery

基于Hofmeister效应设计浓度梯度水凝胶电解质，解决锌离子电池枝晶生长和析氢问题，实现高迁移数（0.88）、优异机械性能（1.7MPa/310%），对称电池2500小时稳定循环，不对称电池99.1%效率，全电池500次循环后保留91%容量，兼具柔韧性和阻燃性，适用于可穿戴设备。

　　

摘要

可充电水系锌离子电池（AZIBs）在可持续储能方面具有巨大潜力，但其实际应用受到枝晶生长和氢气析出反应（HER）的阻碍。水凝胶电解质为解决这些问题提供了潜在方案，但其在离子导电性和机械强度方面存在权衡。本文利用霍夫迈斯特效应（Hofmeister effect），即离子对水溶液中聚合物溶解度、稳定性和结构的影响，设计了一种浓度梯度水凝胶电解质（CGHE），以克服这些挑战。通过结合高浓度（1.5 m OAc?）和低浓度（0.3 m）醋酸根离子的水凝胶，CGHE实现了较高的锌离子迁移数（t_Z^{2+} = 0.88）和优异的机械强度（σ = 1.7 MPa，?_max = 310%）。这种准固态梯度结构调控了锌离子的传输和阳离子选择性，促进了均匀的Zn (002) 沉积，并通过降低水网络的活性抑制了氢气析出反应。因此，对称结构的Zn//Zn电池在1 mA cm?2电流下可稳定循环2500小时以上，而Zn//Cu非对称电池的库仑效率达到了99.1%。Zn//水凝胶//V?O?全电池在2 A g?1电流下经过500次循环后仍保持91%的容量。此外，准固态电解质还具备柔韧性和阻燃性，使其有望在可穿戴设备中安全使用。这种梯度电解质设计为构建基于金属的先进能源系统提供了通用策略。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。