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Resolving the Anti‐freezing/Self‐healing Trade‐off in Zn‐Ion Batteries with a Zn 2+ ‐Anchored Dynamic Quaternary Hydrogen‐Bond Network for Extreme‐Temperature Operation

材料科学 电解质 控制重构 溶剂化 化学工程 氢键 纳米技术 电池(电) 水溶液 电化学 网络结构 自组装 结构稳定性 自愈 氢气储存 离子键合 化学物理 合理设计
作者
Junye Zhang,Linlin Wang,Qiuya Wang,Jie Yang,Chen Huang,Tianchen Shen,Shigang Lu,Ling Zhang,Luyang Chen
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:16 (17) 被引量:2
标识
DOI:10.1002/aenm.202506522
摘要

ABSTRACT The commercialization of aqueous zinc‐ion batteries is hampered by a fundamental paradox: electrolytes with anti‐freezing properties typically lack self‐healing capability, and vice versa. Herein, we decouple this trade‐off through the ingenious design of a synergistic network within a eutectogel electrolyte. This network is governed by strong Zn 2+ coordination acting as rigid anchors, coupled with a dynamic quaternary hydrogen‐bond (HB) network involving glycerol, ClO 4 − , water, and polyacrylamide serving as flexible bridges. In this configuration, the strong Zn 2+ coordination and dense hydrogen bonds synergistically inhibit ice lattice formation to ensure anti‐freezing, while the reversible hydrogen bonds enable dynamic molecular reconfiguration for self‐healing. The resulting gel remains ice‐free at −75°C and self‐heals within 10 min even at −20°C. Concurrently, this unique structure reconstructs the Zn 2+ solvation sheath, significantly reducing the water coordination number from 3.65 to 2.62, which effectively suppresses water‐induced parasitic reactions. Coupled with robust in situ interfacial engineering, the assembled battery exhibits a high specific capacity and exceptional cycling stability (97.0% capacity retention after 1000 cycles at 5 A g −1 ) over a wide temperature range of 80°C (−20°C–60°C). This work not only provides a high‐performance electrolyte for practical zinc batteries but also establishes an innovative design paradigm for resolving property conflicts in advanced functional materials.
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