近期，中国科学院合肥物质院固体所能源材料与器件制造研究部胡林华研究员团队在水系锌离子电池凝胶电解质研究方面取得新进展。科研人员利用尿素作为亲锌增溶剂，开发出具有高机械耐久性的醋酸锌凝胶电解质，组装成的软包电池具有高比容量和高韧性。相关成果发表在国际期刊Angewandte Chemie International Edition (Angew. Chem. Int. Ed.,2025,DOI: 10.1002/anie.202508556)上。

    水系锌离子电池因电解液泄漏和腐蚀问题导致实际应用受限，而准固态电解质因其流变稳定性和高柔韧性被视为解决方案。但目前对准固态电解质的研究往往忽视了其成本和毒性，并且抗疲劳性也有待改善。理想的锌盐应具备低成本、环保和高水溶性，醋酸锌虽然符合成本和生态需求，但溶解性差，导致参与电化学反应的锌离子不足，限制了电池容量和倍率性能。此外，由于“盐析”效应，高浓度的Ac⁻离子会极化水分子，进而增强聚合物链的聚集和纠缠，提升力学性能。因此，提高醋酸锌溶解度并将其应用于准固态电解质，是解决电池机械耐久性和容量不足的关键。

    鉴于此，固体所研究人员采用了亲锌增溶策略以突破传统醋酸锌水凝胶的浓度限制。由于“盐析”效应，高浓度的Ac⁻促使聚合物链上的水合壳层脱落，增强了链段之间的纠缠，从而使得拉伸率提高至557%，压缩强度达到3.7 MPa。这一特性显著增强了水凝胶的抗疲劳性能，使其能够抵抗重复的锌沉积/剥离过程以及外部物理刺激。此外，在电池运行过程中，会原位形成聚脲固体电介质界面（SEI）层，增强了电极/电解质界面的热力学稳定性。组装的Zn//Cu电池展现出高达99.93%的库仑效率，Zn//NH4V4O10软包电池在500 mA g⁻¹的电流密度下展现出280.7 mAh g⁻¹的高比容量，并且在200个循环后容量保持率为90.13%。软包电池的灵活性使其即使在弯曲和折叠过程中也能保持稳定的电压。

    该研究突破了传统的液态醋酸锌电解液浓度限值，利用亲锌增溶剂构建高浓度醋酸锌凝胶电解质，有效稳定活性水分子并提升了凝胶电解质的机械韧性和抗疲劳性能；构建了原位聚脲SEI层，增强了电极/电解质界面的热力学稳定性，突显了其在便携式和可穿戴电子设备中的应用潜力。

    论文第一作者为固体所博士研究生王忆凡，通讯作者为李兆乾副研究员、胡林华研究员，河北工程大学张红副教授和武汉理工大学张磊副教授。该工作得到了安徽省科技攻坚计划、安徽省自然科学基金和合肥物质院院长基金的支持。

    论文链接： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202508556