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(xué)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(xué)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(zhì)的電化學(xué)性能。

圖1 電解質(zhì)設(shè)計及表征

由于水凝膠電解質(zhì)中的兩性離子性質(zhì)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(zhì)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(dǎo)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(shè)計的含有Zn(ClO₄)₂鹽的凝膠電解質(zhì)（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(gòu)建了相容的復(fù)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(zhì)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(shè)備帶來了巨大的應(yīng)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