一体化结构设计可有效解决柔性锌离子电池反复形变引致的负极/电解质/正极界面脱粘及其较差的耐形变性能而成为研究热点。然而，目前的一体化策略仍存在以下问题：1）层层抽滤和原位沉积策略中负极/电解质/正极间仍属物理相互作用（非一体化）；2）表面聚合和动态化学键键连策略中使用了锌片或者碳布表面电镀锌作为负极，仅在正极/电解质界面实现了化学键连，负极/电解质间仍属物理相互作用（部分一体化）。受缝纫衣服的启发，该论文创新性地以合成的聚（丙烯酰胺-co-N-羟甲基丙烯酰胺）（PAMA）链为线，自交联反应为针，首次提出了一种负极/电解质/正极界面自缝合的策略构筑了可耐弯曲和扭曲形变的完全一体化的柔性锌离子电池。
近日，来自
五邑大学的张扬帆副教授、马春平教授与清华大学的危岩教授
合作，在国际知名期刊
Chemical Engineering Journal
上发表题为
“Interfacial self-sewing enables fully integrated flexible zinc-ion batteries with superb mechanical durability”
的论文。该论文创新性地以PAMA为线，自交联反应为针，首次提出了一种负极/电解质/正极界面自缝合的策略构筑了完全一体化的柔性锌离子电池FIZIB。利用具有自交联特点的PAMA为同质基体，负极/电解质/正极不仅可以在基体，更是在三者界面间产生化学交联，实现负极/电解质/正极的完全一体化，与先前报导的仅实现部分一体化的策略具有本质差别。FIZIB的无缝融合的界面结构赋予其低界面电阻和出色的电化学性能。更重要的是，FIZIB可在大角度的弯曲和扭曲，以及超过6000次的反复弯曲和3000次的反复扭曲形变中保持接近100%的电容量。
图1. PAMA自交联反应机理，FIZIBs制备示意图，以及在平放，弯曲、扭转形变下展示图
要点一：同质化负极/电解质/正极的界面自缝合构筑完全一体化柔性锌离子电池
界面自缝合的关键在于以分子链作为线分布在负极/电解质/正极中，配以分子链间的自交联反应作为针，以此实现界面的缝纫。为此，设计以丙烯酰胺（AM）和N-羟甲基丙烯酰胺（N-MA）为单体原料，合成自交联PAMA。前者是凝胶或准固态聚合物电解质的常用单体使得PAMA具有良好的亲水性可以满足正极和负极内部的快速离子传输；后者侧链带有羟甲基可赋予PAMA自交联的特性，为负极/电解质/正极基体和界面通过自交联反应实现界面自缝合奠定了重要基础。采用简便的溶液浇铸法分别制备了负极/电解质/正极，通过热处理使相邻PAMA的羟甲基基团之间发生自交联反应，使得负极/电解质/正极不仅可以在基体，更是在三者界面间产生化学交联，从而构筑了FIZIB。
要点二：完全一体化柔性锌离子电池具有独特的无缝融合的界面结构
采用扫描电镜、超景深三维显微镜、显微拉曼光谱系统、显微红外成像对比观察了凝胶三明治结构、固态三明治结构以及完全一体化结构的柔性锌离子电池的界面结构，证实了FIZIB具有独特的无缝融合的界面结构，可以印证其表现出的更高的放电容量和更好的倍率性能以及更长的循环寿命。
要点三：完全一体化柔性锌离子电池表现出超高的耐弯曲和扭曲性能
界面自缝合产生的高力学性能和界面粘结强度赋予了FIZIB超高的耐弯曲和扭曲性能。FIZIB可在大角度的弯曲和扭曲，以及超过6000次的反复弯曲和3000次的反复扭曲形变中保持电化学阻抗基本不变，接近100%的电容量保持率，优于目前报道的大部分柔性锌离子电池。通过对弯曲6000次和扭曲3000次后的FIZIB解剖观察发现其界面结构保持如初，证实完全一体化结构可促使负极/电解质/正极协同形变和界面的应力转移实现柔性锌离子电池以整体而非独立的负极/电解质/正极产生形变，有效防止界面脱粘。
该论文从界面自缝合的独特视角出发，设计构筑了全新的完全一体化柔性锌离子电池，可拓展应用至其它柔性储能体系，可望引领一体化柔性储能器件设计构筑的新方向。
Interfacial self-sewing enables fully integrated flexible zinc-ion batteries with superb mechanical durability
https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.160407
张扬帆副教授简介
：五邑大学纺织科学与工程学院副教授，硕士生导师，五邑大学高层次引进人才，中山大学本（2014年）博（2019年）。主要从事聚合物及其复合材料的设计制备与结构性能研究，并开展聚合物及其复合材料在柔性超级电容器、锌离子电池、锂离子电池和锂硫电池等柔性储能器件的应用研究，相关研究工作在Advanced Functional Materials、Chemical Engineering Journal、Energy Storage Materials和Journal of Materials Chemistry A等国际学术刊物发表SCI收录论文20篇，申请国家发明专利8项，先后主持在研/完成国家青年基金项目、广东省自然科学基金面上项目、广东省普通高校青年创新人才项目、五邑大学高层次人才科研启动项目，企业横向项目等。
危岩教授简介：
1977年初进入北京大学化学系，两年半后于1979年大学毕业考进研究生院。1981年在冯新德院士指导下，完成论文获得北大理学硕士学位。同年赴美国纽约市立大学学习，1983年获硕士学位。1986年初在该校教授指导下获博士学位。然后在麻省理工学院Gary Wnek教授的实验室从事博士后工作。2009年加入清华大学，现为清华大学化学系教授。已发表各类学术论文541篇(SCI引用11000余次，H指数57)，编专著3本，获美国专利10项，450余次在世界各地做学术报告。首批国家杰出青年B基金奖获得者、中国科学院杰出海外学者基金奖获得者。
危教授的研究方向包括高分子合成、表征及性质；电活性和导电性高分子；有机无机杂化/纳米复合材料和溶胶凝胶化学；纳米科学与纳米技术；无机微孔及介孔材料；手性空穴与分子打印；生物化学及工程；酶和细胞在纳米材料中的固定化；干细胞和组织工程；生物质降解制糖和酒精；牙科材料；可控药物释放；树枝状和手性化合物的自组装及超分子化学性质；纳米神经探针；蛋白质间相互作用；蛋白质折叠；生物传感器；生物催化；固态反应中的立体化学。“烯类高分子与无机氧化物的共价杂化材料”及“非表面活性剂法合成纳米孔道材料”领域开创人之一，并在电活性苯胺齐聚物及其在生物工程中的应用方面做出了一定的原创性贡献。
马春平教授简介：
2008年本科毕业于河南大学，硕士师从中山大学高分子化学与物理系王小妹教授，博士师从中山大学高分子化学与物理系许家瑞、池振国教授。2020年加入五邑大学，现为纺织科学与工程学院科研副院长与教授。长期从事有机荧光发光材料、荧光功能纤维材料及可降解材料研究，以第1或通信作者在Chemical Communications、Journal of Materials Chemistry B、Materials Science and Engineering C和Polymer Chemistry等国际期刊发表论文20余篇（中科院分区一区论文3篇，二区论文9篇）；在承担项目方面，主持或已完成国家自然科学基金1项、贵州省科技厅自然科学基金项目2项，贵州省教育厅拔尖人才项目1项、广东省自然科学基金面上项目1项、广东省乡村振兴战略专项资金（“大专项+任务清单”）项目1项。获得2020年广东“众创杯”创新创业大赛-博士博士后创新赛优胜奖、第四届“中国创翼”创新创业大赛广东省选拔赛优胜奖；2023年获得江门“侨都”最美科技工作者称号。荣获2023年贵州省自然科学奖三等奖（排名第一）。
吴朝烨
：五邑大学2023届纺织科学与工程学院纺织科学与工程专业研究生。
江泽宇：
五邑大学2022届纺织科学与工程学院材料与化工专业研究生，在Chemical Engineering Journal，Journal of Power Sources等国际知名刊物上发表学术论文数篇。
叶小机: 博士，副研究员。广东省科学院测试分析研究所（中国广州分析测试中心）材料实验室主任。主要从事新型高分子材料及功能复合材料，电子电器专用化学品，金属防腐涂层的研究及相关检验检测与评价工作。主持参与广东省科技计划项4项；发表SCI论文十余篇；申请发明专利6项，其中获得授权4项；参与制订中国材料与试验团体标准2项。国家级检验检测机构资质认定评审员。
五邑大学纺织科学与工程学院先进可穿戴能源与传感课题组长期招收研究生，每年招收5-6名，欢迎工科专业的同学报考五邑大学(082100)纺织科学与工程专业与(085600)材料与化工专业。
