水系鋅金屬電池以其成本效益、安全性和環(huán)境友好性而著稱。然而，水致電解液連續(xù)分解和鋅電化學沉積不均勻等臭名昭著的問題顯著限制了長壽命鋅金屬電池的發(fā)展（ZMBs）。

中南大學潘安強等引入甜菜堿型兩性離子單體3-((2-(甲基丙烯酰氧基)乙基)二甲基銨)丙烷-1-磺酸鹽(DMAPS)與丙烯酰胺(AM)在高氯酸鋅(Zn(ClO₄)₂)溶液中共聚，以進一步提高水凝膠電解質的電化學性能。

圖1 電解質設計及表征

由于水凝膠電解質中的兩性離子性質和帶電基團的高水合能力，離子可以很容易地與反離子分離，從而加速離子遷移并提高倍率性能。同時，水凝膠電解質具有高保水性；由于親水基團和水分子之間的相互作用、氫相互作用和“兩性離子融合”，分別具有一定程度的自愈和機械性能。此外，聚兩性離子鏈中固有的親水基團和帶電基團可以引導鋅離子的均勻傳輸，從而促使無枝晶沉積。

更重要的是，用Zn(ClO₄)₂鹽代替常規(guī)使用的ZnSO₄有助于在Zn金屬上原位形成含Cl-絕緣層，從而使ZMBs具有低極化和超長循環(huán)壽命。因此，所設計的含有Zn(ClO₄)₂鹽的凝膠電解質（ADC-gel）繼承了兩性離子共聚物和所選鹽溶液的優(yōu)勢，協(xié)同構建了相容的復合準SEI層，為ZMB的耐腐蝕性和高循環(huán)可逆性鋪平了道路。

圖2 半電池性能

研究顯示，這種新穎的電解質配置使Zn//Zn電池具有超過3000小時的超長循環(huán)壽命和低極化電位（~?0.03 V），Zn//Cu電池在1000次循環(huán)中具有99.18%的高庫侖效率。與MnO₂正極匹配的全電池可提供350 mAh g^-1的高容量，并保持100多次循環(huán)而沒有明顯的容量衰減。

此外，具有防破壞能力（如切割、錘擊和浸泡）的柔性準固態(tài)電池可以成功地為LED供電。這種安全、可加工和耐用的水凝膠為長壽命柔性電子設備帶來了巨大的應用潛力。

圖3 全電池性能

Building Ultra-Stable and Low-Polarization Composite Zn Anode Interface via Hydrated Polyzwitterionic Electrolyte Construction. Nano-Micro Letters 2022. DOI: 10.1007/s40820-022-00835-3