武汉大学开发新型水凝胶电解质，显著提升水系锌-有机电池性能

文章通过设计羧酸功能化的纤维素水凝胶电解质，针对水系锌-有机电池（AZBs）中的锌阳极和有机正极界面稳定性问题提出了创新解决方案。研究发现，该水凝胶电解质能有效调节Zn2+离子和H+离子，抑制锌硫酸盐氢氧化物（ZSHs）的不利沉积，实现了无枝晶生长和侧反应抑制，使得水系Zn||PNZ电池展现出高比容量（311 mAh g−1，理论容量的99%）和长循环寿命（超过1500个循环）。这项研究突出了通过“一种凝胶针对两个电极”策略，有效解决AZBs中电极界面稳定性问题的可能性。

1. 研究背景

领域概述：该研究涉及水系锌电池（AZBs）领域，这是一种有前景的电网规模能源存储技术。现有研究面临锌阳极的枝晶形成、腐蚀和氢气发展反应（HER）以及正极材料的pH波动问题。

研究意义：这项研究对于提高AZBs的性能和稳定性具有重要意义，可能对能源存储和转换领域产生深远影响。

2. 目的与假设

研究目标：开发一种新型的羧酸功能化纤维素水凝胶电解质，以提高水系锌-有机电池的性能和稳定性。

假设前提：假设通过在纤维素基质上接枝聚丙烯酸（PAA）可以有效地调节Zn2+离子和H+离子，从而抑制锌硫酸盐氢氧化物（ZSHs）的沉积。

3. 材料与方法

新材料设计：组成：纤维素基质上接枝聚丙烯酸（PAA）。

设计原理：利用PAA的羧酸基团调节H+离子，纤维素的羟基调节Zn2+离子。

制备方法：纤维素溶解在碱性尿素溶液中，然后通过浸渍在硫酸溶液中形成氢键，最后通过原位聚合形成PAA涂层。

4. 结果与分析

数据展示：实验数据包括电化学性能测试结果、结构表征图像和热力学分析图表。

结果解读：新型水凝胶电解质显著提高了电池的比容量和循环稳定性，有效抑制了ZSHs的沉积。

比较与对比：与液体电解质和未改性的水凝胶电解质相比，新型水凝胶电解质在锌阳极和有机正极界面的稳定性上有显著提升。

5. 讨论

创新点与贡献：提出了一种“一种凝胶针对两个电极”的策略，有效解决了锌阳极和正极界面的稳定性问题。

局限性：研究主要关注了实验室规模的电池性能，实际应用中的大规模生产和长期稳定性尚未验证。

未来方向：进一步优化水凝胶电解质的制备工艺，探索其在大规模能源存储系统中的应用。

6. 结论

核心发现：新型羧酸功能化纤维素水凝胶电解质能有效提高水系锌-有机电池的性能和稳定性。

实际应用潜力：该材料在电网规模能源存储领域具有潜在的应用价值。