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南大李承辉/金钟、南林罗艳龙 Adv. Mater.：超高模量聚乙烯醇水凝胶电解质实现无枝晶锌离子电池

高分子科技 · 公众号 · 化学 · 2024-11-16 10:29

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在锂离子电池领域，高模量电解质对锂枝晶的抑制作用已被证明是有效的。然而，水系锌离子电池中使用的水凝胶电解质因其固有的高含水量而难以实现高模量。

图1 超强韧水凝胶的设计与合成

近日，南京大学化学化工学院李承辉教授团队联合金钟教授团队报道了一种超高模量水凝胶电解质，该水凝胶电解质能通过机械抑制效应克服锌枝晶的生长应力。通过结合湿法退火、溶剂置换和盐析三种工艺方法以及调节疏水域和结晶域，获得了具有高含水量（~ 70%）、高模量（198.5 MPa）、高韧性（274.3 MJ/m³）和高离子电导率（28.9 mS/cm）的水凝胶电解质，其性能明显优于先前报道的聚乙烯醇（PVA）基水凝胶。氰基配体构建的锌离子快速迁移通道显著改善了电解质的电化学性能。该策略利用相分离策略避免了离子电导率和机械强度之间的矛盾，突破了以往水凝胶电解质设计策略的局限性。相关工作以“An Ultrahigh-Modulus Hydrogel Electrolyte for Dendrite-Free Zinc Ion Batteries”为题发表在最新一期的《Advanced Materials》。南京大学博士研究生陈宗举、沈天宇为论文共同第一作者，共同通讯作者为南京大学化学化工学院李承辉教授、南京大学化学化工学院金钟教授和南京林业大学理学院罗艳龙副教授。

图2 相分离对材料结构与性能的影响

图3 盐析对力学性能的影响

图4 水凝胶电解质的半电池性能

图5 锌沉积形貌

图6 全电池性能

原文链接：

https://doi.org/10.1002/adma.202413268

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