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固態聚合物電解質（SPE）和水凝膠電解質（HPE）被開發為鋅離子電池（ZIB）的電解質。水凝膠可以保留水分子并提供高離子電導率；然而，它們含有許多自由水分子，這不可避免地會在鋅負極上引起副反應。SPE可以提高負極的穩定性，但它們通常擁有低的離子導電性，并導致高阻抗。

在此，香港城市大學支春義教授、中國石油天然氣股份有限公司勘探開發研究院金旭高級工程師等人開發了一種貧水凝膠電解質，旨在平衡離子轉移、負極穩定性、電化學穩定性窗口和電阻。

圖1. Zn||MnHCF電池的電化學性能

具體而言，該工作選擇了一種聚合物兩性離子（PZI）作為聚合物骨架，其中磺酸鹽終端結合了親水和親鋅的特性，鋅鹽作為配位單元發揮作用。研究顯示，磺酸鹽陰離子作為氫鍵受體的功能，可以被水分子潤滑，以促進鋅離子的解離，并增強水分子的電化學穩定性。所設計的貧水水凝膠電解質在貧水含量（20wt%）下提供了一個寬的電壓窗口和2.6 × 10^-3S cm^-1的離子傳導率。全電池表現出可忽略的產氣和優秀的循環性能，在5C和1C的條件下分別達到4000次和1500次。

此外，貧水水凝膠電解質表現出對電極的高粘附性，在柔性的ZIBs中提供了牢固的界面。總體而言，貧水水凝膠電解質的設計在HPE和SPE之間提供了一個重要的平衡，以獲得高穩定性和離子傳導性。

圖2. 附著力表征

Lean-water hydrogel electrolyte for zinc ion batteries, Nature Communications 2023 DOI:?10.1038/s41467-023-39634-8

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?支春義/金旭Nature子刊：貧水水凝膠電解質助力鋅離子電池

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