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Bio‐Inspired Bidirectional Proton Regulatory Mechanisms by Anhydride‐Based Hydrogel Electrolytes for High‐Performance Aqueous Zinc‐Ion Batteries

电解质 阳极 水溶液 动力学 化学工程 化学 质子输运 离子键合 酰胺 聚合物 离子电导率 质子 羧酸盐 材料科学 电导率 无机化学 自愈水凝胶 离子强度 共聚物 锌 储能 合理设计 电池(电) 电化学 泄漏(经济) 降级(电信) 氢 电极
作者
Jingcheng Li,Yuanwei Chu,Xinpeng Li,Xinpeng Li,Tingting Luo,Ruixiang Ying,Mingshan Wang,Dongling Wu,Guozhong Cao,Xing Li,Xing Li
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:: e2735155-e2735155
标识
DOI:10.1002/anie.2735155
摘要

ABSTRACT Aqueous zinc‐ion batteries (AZIBs) employing hydrogel electrolytes offer significant advantages in mitigating short‐circuit and electrolyte leakage risks. Nevertheless, the sluggish transport kinetics of Zn 2 + and severe interfacial instability of zinc anodes still severely restrict their further development. Herein, a bio‐inspired hydrogel electrolyte based on poly(acrylamide‐co‐maleic anhydride) (P(AM‐co‐MA)) copolymer is fabricated to construct a dual‐functional polymer network. The dynamic acid–base equilibrium between carboxyl and amide groups enables reversible bidirectional proton buffering, which effectively suppresses the hydrogen evolution reaction and anode corrosion. Meanwhile, the synergistic Zn 2 + hopping sites constituted of carboxylate and amide groups optimize the ion‐transport microenvironment and accelerate Zn 2 + migration kinetics synchronously, realizing the coordinated regulation of proton activity and Zn 2 + transport. Thus, the optimized P(AM‐co‐MA) hydrogel electrolyte delivers a high Zn 2 + transference number of 0.66 and an ionic conductivity of 16 mS cm −1 . The assembled Zn||Zn symmetric cells achieve ultra‐long and stable cycling for over 2700 h at 1 mA cm −1 . Furthermore, the pouch‐type Zn||NaV 3 O 8 full cells based on this hydrogel electrolyte exhibit a high specific capacity of 254 mAh g −1 at 1 A g −1 , with a capacity retention of 80% after 120 cycles, verifying the great application potential of this rational design for flexible energy storage devices.
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