In Situ Initiator‐Free Self‐Polymerizing Gel Electrolytes Under Ambient Conditions Enabling Sustainable Aqueous Zinc Metal Batteries

材料科学 水溶液 阳极 化学工程 电解质 枝晶(数学) 原位 电化学 单体 金属 聚合物 无机化学 甲基丙烯酸酯 自愈水凝胶 电极 过渡金属 高分子化学 纳米技术
作者
Saehyun Kim,Dong‐Yeob Han,Sangyeop Lee,Mu Geun Son,S. Y. Shin,Yubeen Lee,Taehun Chung,Hyung Min,Joonhee Kang,Soojin Park,Youn Soo Kim
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:22 (13): e11783-e11783
标识
DOI:10.1002/smll.202511783
摘要

Aqueous zinc metal batteries (AZMBs) suffer from dendrite growth and parasitic side reactions, limiting their lifespan and stability. While in situ gel polymer electrolytes (GPEs) form robust electrode-electrolyte interfaces, conventional approaches typically require chemical initiators and crosslinkers that impose harsh conditions, generate byproducts, and result in discontinuous Zn2+ conduction pathways. Here, we report that simple mixing of sulfobetaine methacrylate with an aqueous ZnSO4 solution spontaneously induces self-polymerization, enabling an initiator- and crosslinker-free in situ self-polymerizing GPE under room-temperature and ambient-air conditions without external energy. Zn2+ lowers electron density at the vinyl group and induces monomeric aggregates, triggering self-polymerization and rapid formation of a physically crosslinked GPE. The resulting network provides intimate electrode-electrolyte contact and continuous Zn2+ conduction channels, achieving a high Zn2+ transference number (0.76). Zn||Zn symmetric cells employing this GPE suppress dendrite formation and exhibit stable cycling for over 4100 h and reliable low-temperature (-10°C) operation, significantly outperforming conventional initiator- and crosslinker-based in situ GPEs. Zn||VO2 full cells also exhibit excellent cycling stability with ∼96% capacity retention. This ZnSO4-induced in situ self-polymerizing GPE strategy embodies green chemistry principles and enables a high-performance, cost-effective, and sustainable solution to zinc anode challenges, paving the way for next-generation AZMBs.
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