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  便攜式/可穿戴電子產(chǎn)品的快速增長需求刺激了對可折疊和高安全性電池電解質(zhì)的深入研究。在各種儲能技術中，水系鋅離子電池(AZIB)具有鋅資源豐度高、成本低、無毒等優(yōu)點，有望成為最有前途的后鋰電池之一。然而，AZIB通常會出現(xiàn)鋅枝晶、寄生析氫反應(HER)、電解質(zhì)泄漏等問題，嚴重限制了AZIB的進一步應用。利用聚合物凝膠電解質(zhì)(PGEs)或聚合物單離子導體(SIC)是解決上述問題的有效策略。其中，PGEs具有不流動、穩(wěn)定性/安全性高的特點，在ZIBs中具有很大的應用前景。然而，其低保水能力、Zn²⁺轉移數(shù)和離子電導率降低了PGE基ZIBs的長期穩(wěn)定性。聚合物上帶負電的陽離子受體具有高度的局域性，容易與Zn²⁺形成緊密的離子對。Zn²⁺離子通常解離有限，導致SIC基ZIBs的離子電導率較低。因此，單純的PGEs和SIC不能同時解決上述問題。本研究設計并合成了一種高質(zhì)量的準固體單Zn²⁺導體，將PGE與SIC相結合，使兩者優(yōu)勢相輔相成，解決了上述問題。

【本文要點】

  要點一：通過COFs快速光固化電解質(zhì)

  電解液的快速制備是ZIBs商業(yè)化的必要前提。該文章使用TCOF-S光催化劑產(chǎn)生自由基，觸發(fā)丙烯酰胺在COFs的孔道中快速原位光固化，在鋅箔表面形成凝膠電解質(zhì)。這為準固態(tài)ZIBs的未來商業(yè)化提供了一種可能的解決方案。

  要點二：Zn²⁺單離子導體電解質(zhì)

  TCOF-S與各種可定制的功能模塊具有良好的親和力，并且磺酸(-SO₃^-)基團可以很容易地作為陽離子受體固定在框架上，使TCOF-S成為SIC。聚丙烯酰胺鏈的溶劑化作用很好地解決了靜電電位的副作用，使Zn²⁺更容易與-SO₃^-基團解耦并形成Zn²⁺階梯。這種微環(huán)境的變化激活了Zn²⁺的定向高速運動。室溫下Zn²⁺電導率達到27.2 mS/cm， Zn²⁺電導率達到0.89。

  要點三：Zn²⁺均勻界面沉積

  高穩(wěn)定性和低成本是綠色能源創(chuàng)新的關鍵。由于鋅離子電池較低成本，只要解決其不穩(wěn)定性問題，ZIB被認為是最有前途的儲能技術之一。該文章設計的TCOF-S凝膠電解質(zhì)中，TCOF-S提供了納米級的緩沖通道，使Zn²⁺均勻沉積/剝離，并與鋅箔友好接觸，以抑制枝晶的產(chǎn)生，從而使沉積電位僅為39 mV。TCOF-S、聚丙烯酰胺和水之間的氫鍵也增強了電解質(zhì)的力學性能和保水性，減少了HER副反應，確保實現(xiàn)高穩(wěn)定性的ZIB。

  要點四：柔性的高性能水系鋅離子全電池

  本文將PGE與SIC相結合，使兩者優(yōu)勢相輔相成。結果表明，基于TCOF-S-Gel的Zn-MnO₂全電池具有較高的比容量(248 mAh/g)、較長的循環(huán)壽命(1400次循環(huán))、最低的極化電壓(244 mV)和氧化還原電位差(305 mV)。本研究為開發(fā)一類新型PGE-SIC電解質(zhì)提供了一種新方法，該電解質(zhì)可廣泛用于柔性高性能準固態(tài)ZIBs的大規(guī)模制造。

  文章鏈接：Rapidly Synthesized Single-Ion Conductive Hydrogel Electrolyte for High-Performance Quasi-Solid-State Zinc-ion Batteries

  第一作者：邱天宇，王同輝

  通訊作者：李英奇*，郎興友*，譚華橋*

  單位：東北師范大學，吉林大學

  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202312020

【通訊作者簡介】

  譚華橋教授簡介：東北師范大學化學學院教授，博士生導師，吉林省分析測試技術學會常務理事，Chinese Chemical Letters青年編委，主要從事有關多酸、無機微納米材料的設計合成及催化性能研究。目前，已在Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Energy Environ. Sci., Adv. Energy Mater., Adv. Funct. Mater., ACS Energy Lett., ACS Catal.等國際著名雜志以第一或通訊作者發(fā)表SCI研究論文80余篇，文章他引6000余次，h因子41。主持國家自然科學基金面上項目、青年基金、吉林省科技廳項目、東北師范大學青年拔尖人才項目等。申請國家專利6項，曾榮獲教育部高等學�？茖W研究優(yōu)秀成果獎自然科學獎二等獎，吉林省杰青、Stanford University全球前2%頂尖科學家“2021年度科學影響力排行榜”，2019年香江學者，2018，2019年連續(xù)兩年榮獲英國皇家化學會能源與可持續(xù)領域雜志Top 1%高被引中國作者，2018年東北師范大學青年拔尖人才和“仿吾計劃”青苗人才，2014年吉林省優(yōu)秀博士學位論文等。

  李英奇副教授簡介：東北師范大學化學學院副教授，碩士生導師。浙江大學材化學院本科，吉林大學材料學院博士，師從蔣青教授、郎興友教授和李建忱教授。一直致力于基于微結構調(diào)控的納米金屬氧化物的合成及其在電容器以及新型離子電池中的應用。以第一作者或通訊作者身份在Nature Communications、Angewandte Chemie International Edition、Energy & Environmental Science、Advanced Functional Materials、Energy Storage Materials等高水平國際學術期刊發(fā)表論文20余篇，其中高被引論文1篇。獲得國家授權發(fā)明專利3項。作為項目負責人主持國家自然科學基金面上項目 1 項，主持吉林省科技廳面上項目 1 項。

  郎興友教授簡介：汽車材料教育部重點實驗室和吉林大學材料科學與工程學院“唐敖慶學者”卓越教授(A崗)、博士生導師，國家2萬人計劃2科技創(chuàng)新領軍人才、科技部“創(chuàng)新人才推進計劃”中青年科技創(chuàng)新領軍人才、國家2萬人計劃2青年拔尖人才、教育部2長江學者獎勵計劃2青年學者、國家自然科學基金委優(yōu)秀青年基金獲得者、教育部新世紀優(yōu)秀人才。2002和2007年分別獲吉林大學學士和博士學位。2007-2009年間受日本學術振興會博士后獎學金資助于日本東北大學金屬材料研究所進行合作研究，任外國人特別研究員(JSPS博士后)，2009-2011年先后受聘于日本東北大學原子分子材料科學高等研究機構任研究助理和助理教授。2011年7月回吉林大學任教。目前任國際學術期刊Current Nanoscience編委/顧問編委、中國材料研究學會多孔材料分會常務理事、中國機械工程學會材料分會理事、中國汽車工程學會汽車材料分會理事。主要從事介觀材料表/界面科學、相變熱/動力學和新能源材料及器件應用基礎研究工作。近年來，主要圍繞新能源材料及其器件中能量存儲與轉化熱/動力學、微納米結構設計與精準制備、服役性能優(yōu)化所面臨的關鍵科學問題開展研究工作，在Nature Nanotechnol., Nature Commun.（5篇）等國際著名學術期刊上發(fā)表論文100余篇，受邀撰寫外文書章節(jié)2章。SCI他引6200余次，單篇最高他引1600余次。獲授權美國和日本專利各1件、中國國家發(fā)明專利4件。

【第一作者介紹】

  邱天宇博士簡介：東北師范大學化學學院在讀博士生。師從譚華橋教授、李英奇副教授和李陽光教授。致力于功能化共價有機框架的合成及其在光催化及新型離子電池中的應用。以第一作者或共同一作身份在Angewandte Chemie、Advanced Energy Materials、Advanced Functional Materials、ACS Catalysis、Chemical Engineering Journal等高水平國際學術期刊發(fā)表論文16篇，h因子7，國家授權發(fā)明專利1項。

  王同輝教授簡介：吉林大學材料科學與工程學院教授，博士生導師，國家級青年人才。2014年于吉林大學獲得博士學位；其后分別在阿卜杜拉國王科技大學、佐治亞理工學院、亞利桑那大學從事博后研究工作；2022年3月入職吉林大學。長期從事有機光伏領域的理論研究工作，發(fā)展了緊密結合長程修正密度泛函理論和全原子分子動力學的方法。利用該方法闡明了代表性聚合物/富勒烯、全聚合物、聚合物/非富勒烯小分子體系分子結構、局部形貌、電子性質(zhì)關系，并在分子尺度揭示了器件性能的變化機制，克服了實驗上表征活性層局部形貌的挑戰(zhàn)，為增強材料設計能力獲得高性能材料提供了理論基礎。相關工作以第一/共同第一作者發(fā)表在Matter、Nature Communications、AEM、AFM、JACS等期刊上。