Ternary Gel Electrolyte Enabling Wide‐Temperature and High‐Rate Performance in Aqueous Zinc‐Ion Batteries

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作者
Jinpeng Guan,Yongbiao Mu,Xiyan Wei,Lin Yang,Zetao Chen,Quanyan Man,Tao Xue,Yuwei Li,Chao Yang,Limin Zang,Lin Zeng
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:35 (43) 被引量:27
标识
DOI:10.1002/adfm.202508306
摘要

Abstract Aqueous zinc‐ion batteries (AZIBs) offer significant potential for grid‐scale energy storage due to their cost‐effectiveness, safety, and eco‐friendliness. However, interfacial instability and parasitic reactions under extreme temperatures (−20 to 60 °C) severely degrade their cyclability. To address these limitations, a ternary copolymer gel electrolyte (PAM‐T‐S) is developed through copolymerization of acrylamide (AM) with [2‐(methacryloyloxy)ethyl]dimethyl(3‐sulfopropyl)ammonium betaine (SPE) and thymine (Thy), forming a multidimensional crosslinked network. Thy immobilizes free water molecules to suppress electrolyte activity, while SPE establishes rapid Zn 2+ transport pathways, boosting ionic conductivity. Synergistically, Thy and SPE reconstruct the Zn 2+ solvation sheath and induce a hybrid organic–inorganic solid electrolyte interphase (SEI) via preferential adsorption and decomposition, effectively inhibiting dendrite growth and side reactions. Consequently, Zn||Zn symmetric cells with PAM‐T‐S achieve long lifespans of 3200 h at 1 mA cm −2 /1 mAh cm −2 and 1000 h at 20 mA cm −2 , along with exceptional wide‐temperature performance (3000 h at −20 °C and 820 h at 60 °C, 1 mA cm −2 ). The Zn||VO 2 full cell retains 87.8% capacity after 2000 cycles at 5C, highlighting its high‐rate durability. This multifunctional hydrogel design advances AZIBs toward reliable operation across broad temperature ranges, providing a scalable strategy for next‐generation energy storage systems.
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