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A Unified Polymer Hydrogel Electrolyte Integrating Robust Adhesion, Self‐Healing, and Oxygen Permeability in Flexible Neutral Zn‐Air Batteries

材料科学 电解质 制作 化学工程 纳米技术 聚合物 离子电导率 储能 自愈水凝胶 透氧性 离子键合 电导率 氧气 空隙(复合材料) 超级电容器 电化学 枝晶(数学) 离子 离子液体 磁导率 柔性电子器件 电极 功率密度 复合材料
作者
Zhenyu Sun,Kaiming Liao,Wei Zhou,Zongping Shao
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:: e73665-e73665
标识
DOI:10.1002/adma.73665
摘要

ABSTRACT Polymer hydrogel electrolytes hold significant promise for Zn–air batteries due to their excellent flexibility, non‐flammability, and leak resistance. However, their practical application remains constrained by zinc dendrite growth and intrinsic trade‐offs among ionic conductivity, oxygen permeability, mechanical strength, and both interfacial and environmental stability. Herein, we report a neutral, 3D physically cross‐linked PFCD hydrogel engineered via the synergistic combination of a tight coordination network of small Fe 3 + ions and a broader hydrogen‐bonding network of β‐cyclodextrin, with in situ incorporated N‐carboxyethyl chitosan. This hierarchical architecture endows the PFCD hydrogel with high adhesion (50 kPa), superior ionic conductivity (113.2 mS cm − 1 ), and significant oxygen permeability (4.1 Barrer). Additionally, the hydrogel exhibits autonomous self‐healing (99% efficiency in 3 h), exceptional stretchability (1600% elongation), and robust interfacial contact (withstanding 1000 folding/stretching cycles), while effectively suppressing zinc dendrite growth and resisting CO 2 degradation. Assembled flexible neutral Zn–air batteries (FNZABs) achieve high power density (59 mW cm − 2 ) with stable operation over 3000 cycles. Furthermore, the fabrication of leakage‐free, closed‐system FNZABs demonstrates the hydrogel's dual role as both an electrolyte and an oxygen‐permeable encapsulation membrane. This integrated strategy effectively addresses critical interfacial and stability challenges essential for advanced flexible energy storage systems development.
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