水系鋅離子電池（ZIBs）由于其高安全性、生態友好性和低成本，被認為是有前途的柔性儲能設備的候選者。然而，傳統的柔性水系ZIBs在彎曲和零下溫度狀態下會出現嚴重的容量損失。

圖1. 抗凍水凝膠電解質的示意圖和機制

南開大學牛志強、天津理工大學劉麗麗等開發了一種基于四氟硼酸鋅（Zn(BF₄)₂）和聚丙烯酰胺（PAM）的抗凍水凝膠電解質（Zn(BF₄)₂-PAM），來獲得抗凍柔性ZIB。其中，PAM基體的三維網絡結構確保了水凝膠電解質的優良機械性能和高離子傳導性。

更重要的是，由于BF₄^–陰離子具有很強的吸電子特性，其引入會誘導水分子形成O-H···F。因此，在Zn(BF₄)₂-PAM水凝膠中，水分子之間的氫鍵可以被明顯破壞，從而降低電解質的冰點。結果，這種抗凍水凝膠電解質在-70℃時仍表現出2.38mS cm^-1的高離子電導率。

圖2. 不同濃度的ZnSO₄-PAM和Zn(BF4)₂-PAM水凝膠電解質的特性

因此，即使在-70℃，Zn//PANI電池也能提供非凡的電化學性能，如41%的高容量保持率和100次循環后100%的卓越循環容量保持率。此外，在將液體轉化為水凝膠的聚合過程中，正極、隔膜和負極的成分可以被納入Zn(BF4)₂-PAM水凝膠電解質中，實現一體化的一體式ZIBs。水凝膠電解質的優良機械性能和一體化配置賦予了抗凍ZIBs高度的柔韌性。

因此，即使在-70℃時，由此產生的ZIBs在不同的彎曲狀態下也能保持穩定的電化學性能。這項工作將為水系ZIBs的應用鋪平道路，并為構建超低溫水系電池開辟新的機會。

圖3. 機械變形和超低溫條件下的抗凍柔性ZIB的模擬應用

An Anti-Freezing Hydrogel Electrolyte for Flexible Zinc-Ion Batteries Operating at ?70 °C. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202214546