港理工倪萌北理工王克亮综述极端条件下水凝胶电解质的锌电池

　　【背景】
　　锌基电池 由于其高容量、低成本和本质安全性而成为柔性储能的潜在候选者。具有饱和水性溶剂的水凝胶电解质可以提供卓越的电化学性能，同时为锌基电池保持令人满意的柔韧性。过去几十年见证了它们的快速增长。然而，在极端条件下使用水凝胶电解质的锌基电池的研究仍处于早期阶段，许多技术问题仍有待解决。
　　【摘要】
　　香港理工大学 倪萌教授、 北京理工大学 王克亮副研究员 与加州大学圣地亚哥分校 Jinhye Bae教授 团队 综述了水凝胶电解质在锌基电池中的应用的物理和化学性质。作者主要回顾并分析在极高/低温或变形条件下制备水凝胶电解质和柔性锌基电池的策略及其行为 。此外，还提出了适用于所有这些极端条件的全能水凝胶电解质的设计策略 。最后，作者对锌基电池水凝胶电解质的挑战和未来方向提供观点。文章＂ Multi-Functional Hydrogels for Flexible Zinc-Based Batteries Working under Extreme Conditions ＂发表在期刊《Advanced Energy Materials》。
　　【综述分析】
　　图1，在不同极端条件下工作的水凝胶电解质的柔性锌基电池。 在极低的温度 (<-20 °C) 下，水凝胶会冻结并失去柔韧性。在寒冷的环境中，离子电导率也会降低。在极高的温度下，水凝胶中的水分会迅速蒸发，水凝胶会收缩变硬。此外，电池也存在热冲击的风险。当遭受局部应力或扭曲等强烈变形时，水凝胶可能会破裂，电池可能会失效。
　　图2 ，a) 分别注入浓缩离子和去离子水的 PANa 水凝胶在不同温度下的拉伸性。b) ZL-PAM 水凝胶合成示意图。c) Zn/LiFePO4 电池在 -20 °C 下的倍率性能和 d) 循环稳定性 (0.5 A g-1)。e) -20 °C 下的弯曲状态电池。
　　图3 ，a) PVA-B-G 内集成 3D 网络的合成示意图和多重复合。b) PVA-B-G 在 -35 °C 下拉伸、弯曲和折叠。c) PVA-B-G 在不同温度下的离子电导率。d) PVA-B-G 电池在 1 A g-1 下不同温度下的循环性能。
　　图8， a) EA电池的制造过程。b) EA 电池和 PAM 电池在 80 °C 下工作的寿命比较。c) 冰封 EA 电池在 -20 °C 时的容量保持率。d) 在沸水中为电子表供电时 EA 电池和抗热测试。
　　图16， a）具有二极管型水凝胶电解质的柔性锌铜电池。b) 两种接触水凝胶的剥离力曲线。c) Zn-Cu 电池在 2000 次拉伸循环后的功率输出变化。d) 不同存储形式的 Zn-Cu 电池的功率输出随时间的变化。e) 热可逆 PHE 的冷却恢复功能。f）各种ZIBs的放电容量保持率。g）强力折叠（100 kPa）后破损的PHE电极区域和-5°C冷却后恢复区域的SEM图像。h) CO2 腐蚀前后 KOH 水溶液和 APSE 基 ZAB 的交流阻抗谱。
　　【总结与展望】
　　在这篇综述中，系统回顾了极端工作条件（即低温、高温和机械变形）对水凝胶电解质和制造的锌基电池的影响。相应地，作者也提出了多种解决方案并讨论了它们当前面临的挑战。
　　1， 尽管组合策略已被证明在构建全方位水凝胶电解质方面是成功的，但仍然缺乏对每种添加剂的分数的研究。考虑到添加剂不足和过量都无效，平衡添加剂和优化组合策略成为一个很好的解决方案 。
　　2， 随着人工智能（AI）的快速发展，深度学习在选择组织良好的配方以实现低成本、制造简单、全方位的水凝胶电解质 方面具有巨大潜力。
　　3， 最重要的是，应仔细评估优化后的锌基电池的电化学性能 ，进而进一步指导设计策略。
　　参考文献 ：doi.org/10.1002/aenm.202101749
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