隨著儲(chǔ)能需求的飆升，人們迫切需要能夠應(yīng)對(duì)極端條件的電池。為可穿戴設(shè)備軟性機(jī)器人等快速發(fā)展的系統(tǒng)提供安全穩(wěn)定的電池，在醫(yī)療保健領(lǐng)域發(fā)揮重要作用、能源、環(huán)境和機(jī)器的自主性和智能起著關(guān)鍵作用。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，人們開(kāi)發(fā)了新的軟電解質(zhì)材料(包括隔膜)非常重要的是，這些材料可以保持高離子電導(dǎo)率，并承受沖擊，以防止短路和阻止枝晶生長(zhǎng)，從而在很寬的溫度范圍內(nèi)保持電池的穩(wěn)定性。使用有機(jī)電解質(zhì)的鋰電池面臨著存儲(chǔ)元件(如鈷)有限、毒性、高反應(yīng)性和可燃性，并且含水鋅電池本質(zhì)上是安全的、近年來(lái)，環(huán)境友好和低生產(chǎn)成本引起了人們極大的興趣。

這里，來(lái)自加利福尼亞大學(xué)的XiminHe團(tuán)隊(duì)使用了共不溶性和“鹽析”在兩者的協(xié)同作用下，制備了具有獨(dú)特多孔結(jié)構(gòu)的聚(乙烯醇)PVA)水凝膠電解質(zhì)。特別地，醋酸鉀(KAc)與醋酸鋅(ZnAc2)與混合鹽溶液結(jié)合“鹽析”通過(guò)離子促進(jìn)鏈聚合有效增韌PVA水凝膠。水凝膠電解質(zhì)同時(shí)結(jié)合了高強(qiáng)度(抗拉強(qiáng)度15.6MPa)耐凍性(−77°C)高傳質(zhì)(低10倍過(guò)電位)和副反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)鋅離子電池3萬(wàn)次穩(wěn)定循環(huán)相關(guān)論文以題為“Tough hydrogel electrolyte forAnti-Frozen zinc-Ion battery”發(fā)表在Advanced materials上。

圖1.通過(guò)共不溶解和“鹽析”強(qiáng)抗凍水凝膠電解質(zhì)是通過(guò)以下物質(zhì)的協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)的。A)制造原理圖。B)水凝膠電解質(zhì)照片。C)水凝膠條舉起500克重量的照片顯示了它的強(qiáng)度。D)在30°C下扭曲的水凝膠條的照片顯示了它們的抗凍性。

鹽析”和共非溶劑化的協(xié)同效應(yīng)。A)共非溶劑化-鹽析”水凝膠和僅共溶水凝膠的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)。共非溶劑化-鹽析”水凝膠和僅“鹽析”水凝膠的拉伸B)和壓縮C)試驗(yàn)。D)開(kāi)放電池水凝膠(來(lái)自共非溶劑化)的照片顯示光滑和平坦的表面。E,G)分別是開(kāi)孔和半閉孔水凝膠的SEM圖像。F,H)20℃和25℃下由開(kāi)放電池和半封閉電池水凝膠電解質(zhì)制成的Zn||Zn對(duì)稱(chēng)電池的電壓曲線(xiàn)。I-K)25°C和-不同溶液的水凝膠在30℃下的拉伸試驗(yàn)結(jié)果。

Zn||PVA-416 | | 25℃時(shí)的PANi電池、20℃和-30℃時(shí)的電化學(xué)性能。A-C)電池的倍率性能。D-F)電池充放電曲線(xiàn)。G-I)電池循環(huán)性能。圖示為不同循環(huán)下的充放電曲線(xiàn)。

水凝膠電解質(zhì)的機(jī)械和韌性實(shí)現(xiàn)了耐用的柔性電池。A)軟包電池示意圖。B)錘擊測(cè)試裝置。C)玻璃纖維隔膜和聚乙烯醇-416撞擊后的照片。D)將水凝膠電解質(zhì)的性能與當(dāng)前技術(shù)水平的雷達(dá)圖進(jìn)行比較。E)汽車(chē)在軟電池上行駛的照片。

綜上所述，本文提出了一種使用KAc的方法/ZnAc2溶液的共非溶劑和“鹽析”協(xié)同作用，制劑具有抗凍性、高機(jī)械韌性、增強(qiáng)質(zhì)量傳輸、抑制枝晶和副反應(yīng)的水凝膠電解質(zhì)方法。由這種水凝膠電解質(zhì)制成的準(zhǔn)固態(tài)防凍電池用于-20°C、2Ag-1顯示出超過(guò)30，000次循環(huán)的超高容量保持率，并且可以承受錘子或車(chē)輛的反復(fù)沖擊。遵循這一戰(zhàn)略，該平臺(tái)可與其他鹽和工藝一起擴(kuò)大規(guī)模，用于更廣泛的電池系統(tǒng)。這項(xiàng)工作可能拓寬軟電子器件的應(yīng)用條件，并為下一代柔性電池提供一種新的思路。