江南大学魏取福、吕鹏飞《AFM》：“盐包水”凝胶聚合物电解质助力柔性锌-空气电池超长运行！

固态锌-空气电池（ZABs）被认为是锂离子电池以外的可穿戴电子设备中最有前景的柔性储能系统之一。不幸的是，电解液的持续失水和锌电极的腐蚀严重限制了ZAB的使用寿命。

鉴于此，江南大学魏取福教授、吕鹏飞教授和闽江学院柯惠珍博士合作通过紫外光引发的自由基聚合，一步到位地制备了具有双网络（聚丙烯酸和纤维素纳米纤维）的"盐包水"（WIS）非碱性凝胶聚合物电解质。该WIS电解质是通过三氟甲基磺酸锌和乙酰胺之间的配位作用实现的，并表现出非凡的热力学稳定性。受益于水和其他成分之间的强相互作用，该电解质可以从环境空气中捕获水并实现吸附和解吸的动态平衡。因此，柔性ZAB实现了1300小时的超长循环时间。此外，该凝胶聚合物电解质具有良好的粘附性，无需固定措施即可与电极紧密结合。所制造的夹层式和电缆式电池能适应复杂的变形而不牺牲电化学性能，这为实际的可穿戴应用展示了巨大的潜力。

文章要点：

1. 受仙人掌和犬合绒草等沙漠植物从环境空气中吸收水分的启发，设计了一种基于Zn(OTF)2和乙酰胺（C2H5NO）配位作用的WIS非碱性凝胶聚合物电解质。双网凝胶聚合物电解质（WIS-PAA/CNF）是通过紫外线照射聚合的简单方法一步制备的，其中PAA作为主聚合物，纤维素纳米纤维（CNF）作为增强材料。

2. 得益于凝胶聚合物电解质中各组分之间的强相互作用，WIS-PAA/CNF出色的热力学稳定性赋予传统凝胶聚合物电解质无法比拟的非凡保水能力。该结果是通过电解质和环境空气之间水分子的吸附和解吸的动态平衡来实现的。

3. 凝胶聚合物电解质出色的粘附性能使其能够与正负电极紧密结合，从而消除了大多数固态ZAB所需的固定措施。

4. 基于WIS-PAA/CNF的夹层型和电缆型ZABs在应用变形时显示出不受影响的充放电曲线，这表明其作为实际可穿戴应用的柔性储能设备具有巨大的潜力。

图1 材料设计及合成

图2 分子模拟和物理性能表征

图3 凝胶聚合物电解质的电解液保留性能、吸水性能、机械性能、粘附性能等

图4 夹层型ZABs的性能

图5电缆型ZABs的性能

原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202203204

来源：高分子科学前沿

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