Micro–Macro Hierarchical Hydrogel Architectures with Dual‐Scale Polyanionic Networks for High Energy Density PBA||Zn Batteries

法拉第效率 材料科学 电解质 化学工程 水溶液 多孔性 阴极 溶解 微尺度化学 纳米技术 化学 电极 有机化学 冶金 复合材料 工程类 数学教育 数学 物理化学
作者
Gege Wang,Lingbo Yao,Tianshi Zhao,Xiaowei Chi,Yu Liu
出处
期刊:Small [Wiley]
标识
DOI:10.1002/smll.202503565
摘要

Abstract Hydrogel electrolytes are promising for aqueous zinc metal batteries but face challenges in suppressing Zn dendrites and cathode dissolution. This study develops a polyanionic hydrogel electrolyte, poly(2‐acrylamido‐2‐methyl‐1‐propanesulfonic acid‐co‐acrylamide) (P(AMPS‐co‐AM)), featuring a dense porous structure that enables a higher Zn 2+ transference number (t Zn 2+ = 0.81) and homogeneous zinc deposition. Additionally, the dense porous structure further reduces the proportion of free water molecules, thereby suppressing side reactions. Based on the benefits of the hydrogel, the Zn||Zn symmetric cell demonstrates over 3000 h of continuous cycling, and the Zn||Cu asymmetric cell exhibits an exceptional Coulombic efficiency of 99.29% in the first cycle. Benefiting from the fixation of transition metals by polyanionic groups and the reduced content of free water molecules within a densely packed porous architecture, the PBA||Zn full cell achieves a high energy density of 267 Wh kg −1 . This hydrogel electrolyte design strategy provides significant insights for achieving long cycle life through both the microscale and macroscale structure design to achieve low cost and high energy density of aqueous zinc‐metal batteries (AZMBs).

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