支春义教授&李洪飞博士：宽范围pHs环境水凝胶电解质助力可压缩能量储存设备

【研究背景】

  广泛被用于能量储存设备的水凝胶电解质无法同时稳定存在于不同pHs环境。与此同时，适配于某一pH环境的水凝胶电解质（比如，在碱性条件下使用的聚丙烯酸钠水凝胶电解质），长时间处于此环境中，会严重损害其机械性能，尤其是压缩性能。

【工作简介】

 近日，松山湖材料实验室&香港城市大学支春义教授和松山湖材料实验室李洪飞博士设计了一种基于两性离子聚合物聚甲基丙烯酸磺酸甜菜碱（PSBMA）的双交联网络结构（DN）水凝胶电解质，显示了在宽范围pHs环境中的强稳定性，且可以适配宽范围pHs环境的能量储存设备。所组装的碱性Zn||Ni(OH)₂和中性Zn||MnO₂电池显示了超长循环性能（>3000圈），且在压缩状态下也具备极好的电化学性能。该文章发表在国际顶级期刊Small Methods上。

【内容要点】

1）包含PSBMA的DN水凝胶电解质在宽pHs范围具备极好的力学稳定性；

2）DN结构赋予了水凝胶极好的力学性能，TEM证实了DN结构的存在；

3）水凝胶分子间NH⋯OC氢键赋予其耐酸碱性能；

4）两性离子聚合物PSBMA赋予水凝胶极好的离子电导率；

5）所组装的碱性Zn||Ni(OH)₂和中性Zn||MnO₂电池显示了超长循环性能（>3000圈），且在压缩状态下也具备极好的电化学性能。

【图文导读】

图1. 水凝胶结构及表征

图2. 水凝胶在不同pHs环境下的力学性能

图3. 水凝胶耐受不同pHs机理研究

图4. 组装的中性、碱性及酸性能量储存设备的电化学性能

图5. 组装的三种能量储存设备在压缩条件下的电化学性能

Chuan Li, Shuo Yang, Ying Guo, Haiming Lv, Pei Li, Xiaofang Bai, Xuejin Li, Chunyi Zhi*, Hongfei Li*，Hydrogel Electrolyte with High Tolerance to a Wide Spectrum of pHs and Compressive Energy Storage Devices Based on It, Small Methods 2023.

https://doi.org/10.1002/smtd.202201448

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