综述：聚丙烯酰胺凝胶电解质在水系锌离子电池中的研究进展：高导电性、抗冻性与自修复性

这篇综述系统探讨了聚丙烯酰胺凝胶电解质(PGEs)在水系锌离子电池(ZIBs)中的前沿进展。通过调控交联网络和功能基团修饰，PGEs在抑制锌枝晶生长、提升离子电导率(达80 mS cm-1)、实现低温耐受(-40℃)和动态自修复等方面展现出突破性优势，为下一代安全储能器件提供了创新解决方案。

　　

聚丙烯酰胺凝胶电解质的结构特性与功能设计
作为天然与合成水凝胶的性能折衷方案，聚丙烯酰胺(PAM)凭借其可调的交联网络结构和丰富的酰胺基反应位点，在凝胶电解质领域脱颖而出。通过控制N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)交联剂浓度，可实现10³%级别的超高拉伸应变，这种特性使锌基电池能适应柔性电子器件的弯曲需求。

双网络架构的协同增强机制
在壳聚糖(CS)/PAM双网络体系中，CS分子链间的氢键网络可耗散90%以上机械能，而PAM的共价交联网络维持结构完整性。这种"刚柔并济"的设计使复合凝胶的压缩强度提升至原始PAM的15倍，同时保持2.1×10^-2 S cm^-1的离子电导率。

低共熔溶剂的低温突破
引入氯化胆碱/尿素低共熔溶剂(DES)后，PGEs的凝固点可降至-45℃。DES中Cl^-与Zn²⁺形成的[ZnCl₄]^2-配位结构，不仅降低水分子活度，还创造了新的锌离子传输通道，使-20℃下的电池容量保持率达82%。

动态键合驱动的自修复
基于硼酸酯键和亚胺键的动态化学，损伤后的PGEs在25℃下30分钟内可实现92%的力学性能恢复。这种特性源自分子链间可逆键的断裂-重组平衡，其活化能仅为45 kJ mol^-1，远低于传统共价键的200 kJ mol^-1。

界面稳定化的电化学策略
PGEs中的-COO^-基团通过静电排斥作用使Zn²⁺在电极表面均匀分布，将锌沉积过电位降低至35 mV。同步辐射X射线吸收谱证实，这种界面调控使锌负极的库仑效率从87%提升至99.6%，循环寿命延长至1200次。

未来发展方向
当前PGEs面临的最大挑战在于如何平衡机械强度与离子迁移率的关系。通过构建梯度孔隙结构或引入液晶相域，可能实现10^-1 S cm^-1级超高电导率与MPa级强度的兼得。此外，开发光热响应型智能PGEs，有望实现电池性能的按需调控。