天津科技大学化工与材料学院在水凝胶电解质领域取得重要进展

近日，我校化工与材料学院高分子材料改性及成型加工团队在基于链-链协同水凝胶电解质调控锌离子去溶剂化过程方面取得重要进展，相关研究成果以“Chain-Chain Synergistic Hydrogel Electrolytes Regulate Zinc Ions Desolvation for Stabilized Anodes and High Operating Voltage in Flexible Zinc Ions Hybrid Capacitors”为题，发表在化学化工领域国际顶级期刊《Angewandte Chemie International Edition》。天津科技大学为文章第一作者和通讯作者单位，化工与材料学院青年教师张杭、2024届硕士研究生万里为该论文共同第一作者，天津科技大学张杭博士、崔永岩副教授和中国科学院青海盐湖研究所雷达副研究员为共同通讯作者。

为实现能量密度输出最大化，水系锌离子混合电容器（ZIHCs）的互补电荷存储机制展现出优越性与先进性，然而持续的水诱导副反应及锌阳极不可控的枝晶生长问题仍亟待解决。此外，水凝胶电解质/电极界面的优化对于柔性锌基储能装置的稳定性和动力学可逆性是必要的。该研究基于链-链协同调控机制，设计了一种具有特殊半互穿网络结构的P(AM-SBMA)（丙烯酰胺AM与两性离子化合物SBMA的共聚物）/明胶水凝胶电解质（PSG），旨在调控锌离子的去溶剂化过程（图1），从而优化柔性ZIHC的工作电压，并稳定锌负极的表面化学。

图1. PSG水凝胶电解质对锌离子去溶剂化过程的调控机制示意图

该研究所获得的PSG-5水凝胶电解质将柔性ZIHC的电化学稳定窗口拓宽至2.45 V，并实现了高达0.87的Zn2+迁移数和锌负极高度可逆的沉积/剥离行为。此外，相应的柔性ZIHC展现出高达2.2 V的工作电压，并在293 W kg-1的功率密度下提供了117 Wh kg-1的优异能量密度（图2）。该工作通过制备能够稳定锌负极并拓宽电化学稳定窗口的水凝胶电解质，为开发高效柔性ZIHCs提供了有益的见解。

图2.基于不同PSG水凝胶电解质的ZIHCs的电化学性能

近年来，在“先锋计划”的引领下，化工与材料学院实施“华彩青年教师培养专项计划”，支持青年教师开展科研工作，助力青年教师成长，已有多位青年教师作为第一作者在研究领域内的权威期刊发表研究成果。未来，学院将持续优化支持机制，为青年教师提供更广阔的发展空间，推动更多原创性、突破性成果的产出，为我校建设高水平研究型大学贡献力量。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/anie.202507403

审校实习编辑：文法学院  薄振兴

编辑：田珺