準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)（QSEs）具有更好的離子傳輸特性和高穩(wěn)定性，其協(xié)同作用的基礎(chǔ)是多金屬網(wǎng)絡(luò)中可調(diào)的官能團和封閉的溶劑分子，因此受到廣泛關(guān)注。然而，QSE 中存在聚合物含量與離子傳導(dǎo)性之間的權(quán)衡效應(yīng)，從而限制了其速率性能。

在此，中國科學(xué)院物理化學(xué)技術(shù)研究所江雷團隊采用了外延聚合策略構(gòu)建共價梯度水凝膠網(wǎng)絡(luò)（GHNs）。結(jié)果表明，負(fù)電荷的不對稱分布使 GHNs 具有快速和選擇性離子傳輸特性，在聚合物含量相同的情況下，其 Zn²⁺?遷移數(shù)為 0.65，高于均質(zhì)網(wǎng)絡(luò)（0.52）。

同時，在 GHNs/Zn 界面形成的高密度網(wǎng)絡(luò)能有效固定自由水，均勻 Zn²⁺?通量，極大地抑制了與水有關(guān)的副反應(yīng)和鋰枝晶生長。因此，在 8 mA cm^-2?和 1 mAh cm^-2?的條件下，GHNs 可使 Zn||Zn 對稱電池在 1000 小時內(nèi)穩(wěn)定循環(huán)。

圖1. GHNs的制備

總之，該工作通過在引發(fā)劑浸潤的鋅負(fù)極上引發(fā)了外延聚合，直接構(gòu)建了梯度多金屬網(wǎng)絡(luò)。準(zhǔn)固體電解質(zhì)的梯度設(shè)計可以在聚合物含量極低的情況下實現(xiàn)選擇性和快速離子傳輸。通過一系列先進的表征和 MD 模擬驗證，GHNs中的非對稱電荷分布誘導(dǎo)了Zn²⁺的選擇性快速傳輸。高密度的界面多金屬網(wǎng)絡(luò)保證了電極/電解質(zhì)界面的穩(wěn)固，抑制了枝晶的形成和腐蝕。

因此，GHNs 可以有效地穩(wěn)定鋅負(fù)極，并分別在高電壓和低溫 AZIB 中提供卓越的適應(yīng)性。該工作建立非對稱離子傳輸通道的策略為實現(xiàn)高能量和安全電池的準(zhǔn)固體電解質(zhì)工程鋪平了新的道路。

圖2. 電池性能

Gradient Quasi-Solid Electrolyte Enables Selective and Fast Ion Transport for Robust Aqueous Zinc-Ion Batteries，Advanced Materials?2023 DOI: 10.1002/adma.202308639