综述：可持续能源之路：锌空气电池的绿色聚合物电解质

（编辑推荐）本综述系统阐述了绿色聚合物电解质（GPEs）在锌空气电池（ZABs）中的前沿进展，聚焦生物基聚合物设计、界面工程及可持续合成策略，为解决传统电解质（如碱性溶液）的泄漏、CO2 碳化等问题提供创新方案，推动高安全、环境友好型储能技术发展。

　　

Abstract

绿色聚合物电解质通过生物基聚合物和界面工程创新，显著提升锌空气电池（ZABs）的离子电导率、循环稳定性和环境兼容性。尽管在室温导电性和规模化生产上存在挑战，但结合高通量实验和计算模型，这类材料有望推动可持续储能技术变革。

Introduction

全球能源转型亟需兼顾高性能与可持续性的储能技术。锌空气电池（ZABs）凭借1086 Wh·kg^-1
的理论能量密度和低成本优势脱颖而出，但其电解质系统仍是瓶颈。传统液态电解质（如KOH溶液）存在泄漏和腐蚀问题，而固态电解质室温导电性差。绿色聚合物电解质（如壳聚糖基GPEs）通过生物降解性和可回收设计，成为平衡性能与生态需求的突破口。

Fundamentals of Zinc-Air Batteries

ZABs以锌为负极、空气中O₂
为正极反应物，其电化学反应高度依赖电解质介导的离子传输。绿色聚合物电解质通过三维网络结构固定液态组分，既保留高导电性，又避免溶剂挥发，显著提升电池在极端温度下的稳定性。

Types of Electrolytes

碱性液态电解质虽导电性优异（>0.1 S·cm^-1
），但易引发锌枝晶和电解液干涸。对比之下，聚环氧乙烷（PEO）基固态聚合物电解质（SPEs）机械强度高，却受限于10^-5
S·cm^-1
的低电导率。凝胶聚合物电解质（GPEs）如聚乙烯醇（PVA）-KOH体系，通过氢键网络实现10^-3
S·cm^-1
的电导率，成为折中方案。

Characteristics of "Green" Polymer Electrolytes

以纤维素纳米纤维（CNF）增强的明胶基电解质为例，其拉伸强度达50 MPa，同时保持10^-2
S·cm^-1
的离子电导率。生命周期评估（LCA）显示，这类材料的碳足迹比传统PEO降低60%，且可通过酶解实现闭环回收。

Challenges

室温电导率不足（普遍<0.01 S·cm^-1
）和电极-电解质界面阻抗高是主要障碍。例如，木质素磺酸盐基电解质在50次循环后界面电阻增长300%，归因于Zn²⁺
沉积不均匀。

Future Directions

动态共价键（如亚胺键）调控的自修复电解质、机器学习辅助的组分优化，以及仿生离子通道设计（如蜘蛛丝状多孔结构）将成为研究热点。

Conclusion

绿色聚合物电解质通过生物相容性设计和低环境影响的合成工艺，为ZABs的商业化提供关键技术支撑，其发展路径完美契合联合国可持续发展目标（SDGs）中的清洁能源要求。