Confined Polymer Electrolyte Synthesis in Porous Frameworks for Cold-Climate Zinc-Ion Batteries.

材料科学 电解质 聚合物 多孔性 聚合物电解质 离子 化学工程 无机化学 纳米技术 电极 冶金 有机化学 复合材料 离子电导率 化学 物理化学 工程类
作者
Ruihe Yu,Yu Ma,Ning Zhang,Tianyu Qiu,Qing Jiang,Guangshan Zhu
出处
期刊:PubMed 卷期号:: e11029-e11029
标识
DOI:10.1002/adma.202511029
摘要

Solid polymer electrolytes (SPEs) are vital for zinc-ion solid-state batteries (ZSSBs) for dendrite suppression but face low-temperature hurdles from poor ionic conductivity and crystallization. Here, a supramolecularly engineered SPE is constructed by in situ polymerization of 2-ethyl-2-oxazoline (EtOx) within sulfonated porous aromatic frameworks (SPAFs), acting as macroinitiators and nanoconfined reactors. Resulting poly(2-ethyl-2-oxazoline) (PEtOx) chains assemble with the SPAF via strong non-covalent interactions, forming cohesive SPAF-PEtOx (SPP) with interconnected ion transport pathways. -SO3 - groups anchor Zn2+, while confined PEtOx chains modulate solvation dynamics, facilitating efficient Zn2+ migration. SPE based on SPP embedded in polyvinylidene fluoride (PVDF) matrices (SPP@PVDF) achieves high ionic conductivity (5.04 × 10-4 s cm-1) and a wide electrochemical window (2.74 V) at room temperature. A Zn || Zn symmetric battery exhibits stable plating/stripping over 3000 h, while a full Zn || V2O5 battery retains capacity over 1000 cycles at -40 °C with no decay. Notably, the ionic conductivity of SPP@PVDF at -40 °C is 8-fold higher than SPAF@PVDF, as PEtOx reduces Zn2+ migration barriers. This work offers a molecular-level strategy for designing cryogenically robust SPEs, advancing ZSSB technologies for extreme environments.
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