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Construction of Homogeneously Porous Composite Hydrogel Electrolyte for Dendrite‐Free Aqueous Zinc‐Ion Batteries: An Alkali‐Etched Graphitized‐Carbon Nitride Induced Polymerization Strategy

材料科学 电解质 复合数 化学工程 聚合 多孔性 水溶液 离子电导率 电化学 氮化物 电导率 原位聚合 储能 电池(电) 自愈水凝胶 枝晶(数学) 阳极 氮化硼 离子液体 电化学窗口 氮化碳 聚苯胺 电化学电位 离子键合 碳纤维 超级电容器 聚丙烯酰胺 纳米技术 石墨氮化碳
作者
Ziming Liu,Xuke Zhang,Heng Zhang,Qiankun Hun,Jiaxing Lu,Chao Yan
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (45) 被引量:7
标识
DOI:10.1002/adfm.75312
摘要

ABSTRACT Aqueous zinc‐ion batteries (AZIBs) are promising for safe, large‐scale energy storage but suffer from dendrite growth and side reactions in liquid electrolytes. While hydrogel electrolytes can mitigate leakage, their electrochemical performance is often limited by slow ion transport and poor mechanics. Herein, a uniformly porous composite hydrogel electrolyte (CN‐PAM) was constructed via an alkali‐etched graphitized carbon nitride (g‐C 3 N 4 )‐induced polymerization strategy. The hydroxyl‐modified porous g‐C 3 N 4 nanosheets serve as a multifunctional cross‐linker, reinforcing the polyacrylamide (PAM) hydrogen‐bond network and pore channel skeleton. This results in a homogeneous 3D porous structure (1.59 µm), exceptional mechanical strength (stress: 119.3 kPa, strain: 840%), high ionic conductivity (22.21 mS cm −1 ), and an elevated Zn 2+ transference number (0.80). The strengthened composite hydrogel network regulates Zn 2+ flux and immobilizes free water, effectively suppressing dendrite growth and parasitic reactions. Consequently, Zn||Zn symmetric cells with CN‐PAM electrolyte achieve ultra‐stable cycling for over 3000 h at 1 mA cm −2 /1 mAh cm −2 . When matched with an NVO cathode, the full cell delivers a high reversible capacity of 194.7 mAh g −1 and maintains 92.6% capacity retention after 1000 cycles at 10 A g −1 . This work provides a facile template strategy for designing high‐performance hydrogel electrolytes toward durable and high‐safety AZIBs.
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