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Self‐Regulated Gradient Hydrogel Electrolyte with Ultrafast Ion Channels for Robust Zinc‐Ion Batteries

材料科学 电解质 自愈水凝胶 化学工程 法拉第效率 离子电导率 水溶液 两亲性 电导率 同种类的 聚合物 离子键合 离子 极地的 储能 纳米技术 胶束 超短脉冲 自组装 化学物理 表面改性 表面能 离子运输机
作者
Shuang Zhang,Ming Zhang,Ying Wang,Xiaobin Wu,Chao Lai
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:: e73458-e73458
标识
DOI:10.1002/adma.73458
摘要

ABSTRACT Hydrogel electrolytes are crucial for advancing safe and flexible aqueous zinc‐ion batteries. However, conventional homogeneous hydrogels suffer a trade‐off between fast Zn 2+ transport and stable Zn/electrolyte interfaces. Herein, we report a surface energy‐driven self‐regulated gradient hydrogel electrolyte (SRG‐HE) that resolves this conflict via a spatially modulated polymer network. The SRG‐HE shows dense layers at the Zn/SRG‐HE interfaces provide robust passivation, while a low‐density bulk supports rapid Zn 2+ diffusion. During in situ polymerization, amphiphilic Triton X‐100 induces spontaneous component migration and surface enrichment, forming a symmetric surface–bulk–surface gradient. The dense surface layers suppress free‐water activity to stabilize interfaces, whereas the hydrated bulk delivers high ionic conductivity (97.7 mS cm − 1 ). Polar groups in SRG‐HE further immobilize OTf − , enabling selective Zn 2+ transport with a high transference number of 0.88. Consequently, Zn||Zn cells cycle stably for 1365 h at 4 mA cm − 2 with uniform (002)‐textured deposition. When paired with V 2 O 5 cathodes, the full cells maintain a reversible capacity of 234 mAh g − 1 after 2000 cycles at 1000 mA g − 1 , achieving near 100% Coulombic efficiency. Even under mechanical deformation, SRG‐HE‐based pouch cells retain functionality, underscoring their potential for durable, high‐performance energy storage systems.
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