Multifunctional Hydrogel Electrolyte Synergizing with Free‐Standing Cathode Enables Robust Aqueous Zinc Metal Batteries

电解质 阴极 材料科学 锌 水溶液 金属 化学工程 纳米技术 电极 化学 冶金 有机化学 物理化学 工程类
作者
Peng Gong,Shengjun Zhai,Shuailei Liu,Shibo Chai,Ning Wang,Yuanyuan Li,Jinping Liu
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:: e2501089-e2501089 被引量:3
标识
DOI:10.1002/smll.202501089
摘要

Abstract Aqueous zinc metal batteries (AZMBs) have attracted increasing attention due to their low cost and high energy density. However, their practical applications are constrained by Zn dendritic growth, self‐corrosion, and poor low‐temperature adaptability. Herein, a multi‐component hydrogel electrolyte is proposed to address these challenges. Specifically, dimethyl sulfoxide is added to substitute H 2 O in the Zn 2+ solvation sheath and disrupt the intrinsic H─bond network, suppressing interfacial parasitic reactions induced by active water and achieving ultra‐low freezing point (−60 °C); while the acylamino groups on polyacrylamide chains are utilized to coordinate with Zn 2+ and SO 4 2− , leading to homogeneous Zn 2+ flux and reduced by‐products accumulation. Benefitting from the synergistic effects, stable Zn plating/stripping with high average Coulombic efficiency of 99.5% for 1200 h at 0.5 mA cm −2 is achieved. To manifest the superiority of the hydrogel electrolyte, free‐standing α‐MnO 2 /single‐walled carbon nanotube film is designed as cathode. The resulting AZMB exhibits large specific capacity, prominent rate capability (157.5 mAh g −1 at 10 C), high cyclic stability, and good low‐temperature performance (68.8% capacity retention at −20 °C), which also demonstrates excellent safety under extreme conditions of hammering, cutting, burning, punching, and soaking. This work provides an inspired strategy to build robust, multi‐functional, inexpensive aqueous batteries.
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