随着储能需求的不断飙升，人们迫切需要能够应对极端条件的电池。然而，现有的电池材料受到弱机械性能和冻结脆弱性的限制，禁止在暴露于低温和异常机械冲击的设备中安全储存能量。

近日，加州大学洛杉矶分校Ximin He协同利用聚合物混合溶剂的共非溶解效应和防冻盐溶液的“盐析”效应来获得机械坚固、防冻、高质量传输和无有机溶剂的水凝胶电解质。

文章要点

1）“盐析”离子，如钾离子(K⁺)和乙酸盐，可通过离子促进链聚集有效增韧水凝胶，同时保持高含水量。共非溶解性还影响链聚集，其中向前体添加共溶剂促进具有致密聚合物网络的开孔多孔结构的形成；从而增强传质(与较少孔性的对应物相比，超势降低10倍)和强度。

2）“盐析”是通过一种示例性盐混合物实现的：醋酸钾(KAc)结合了“盐析”和抗冻能力，与醋酸 (ZnAc₂)混合，醋酸锌(ZnAc₂)是一种相容的含锌离子 (Zn²⁺)盐。聚（乙烯醇）（PVA被选为示例性聚合物，因为它表现出“盐析”和共非溶解效应。

3）受益于这两种效应，这种水凝胶作为一种主要含有液体的湿材料，甚至比干腕带材料更坚固（15.6 MPa vs 11.6 MPa）。水凝胶电解质与聚苯胺正极（仅由丰富的元素组成）相容，可制成低温下高度稳定的电池（-20 °C 下 >30000 次循环，容量下降可忽略不计）。这展示了它在软设备中使用的潜力，软设备需要在恶劣环境中具有机械和电化学耐久性。

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Yichen Yan, et al, Tough Hydrogel Electrolytes for Anti-Freezing Zinc-Ion Batteries, Adv. Mater. 2023

DOI: 10.1002/adma.202211673

https://doi.org/10.1002/adma.202211673