1、研究內容

金屬空氣電池，如鋅-空氣電池（ZABs），具有高能量密度、優異的經濟性和環境友好性，被認為是下一代儲能和轉換系統中最有潛力的一種能源裝置。作為電池的關鍵部件，電解質決定了正極和負極的離子傳輸和界面化學。

華中科技大學夏寶玉教授課題組開發了一種由聚丙烯酰胺（PAM）、海藻酸鈉（SA）和碘化鉀（KI）組成的新型雙網絡結構水凝膠電解質（PAM/SA/KI），其具有優異的離子電導率、機械柔韌性和保水能力。用于固態鋅-空氣/碘化物混合電池后表現出優異的可再生性和110小時的長循環壽命和80%的高能效。相關工作以“Dual-Network Structured Hydrogel Electrolytes Engaged Solid-State Rechargeable Zn-Air/Iodide Hybrid Batteries”為題發表在Angewandte Chemie International Edition上。

2、研究要點

要點1. PAM/SA/KI水凝膠的離子交聯雙網絡結構使其具有更高的機械強度和更高的離子電導率。此外，碘的引入不僅提供了比氧電催化更有利的碘化物/碘酸鹽氧化還原的陰極動力學，還調節了鋅離子的溶劑化結構以確保更好的界面穩定性。

要點2. 作為電池的關鍵部件，PAM/SA/KI水凝膠電解質實現了新型高性能鋅空氣/碘化物混合電池，在密封系統中具有110 h的長循環穩定性，并實現了80%的高能效，即使在可再生過程中。

要點3. PAM/SA/KI雙網絡水凝膠結構顯示出優異的保水能力、離子電導率和機械柔韌性。此外，碘的引入在陰極提供了更有利的碘化物/碘酸鹽氧化還原動力學，這使得ZAB可以在密封配置中運行并避免因失水而導致的電解質失效。碘離子的存在也調節了鋅離子的溶劑化結構，從而抑制了枝晶的形成，確保了更好的陽極界面穩定性。

該工作開發了一種基于PAM/SA/KI新型水凝膠電解質和高性能固態鋅空氣/碘化物混合電池，為開發高性能能量轉換和存儲裝置及技術提供了有價值的概念。

3、 研究圖文

圖1. PAM/SA/KI水凝膠的（a）合成過程，（b） 離子傳輸示意圖，（c） FESEM 圖像和（d） FT-IR光譜。

圖2. PAM、PAM/SA和PAM/SA/KI水凝膠在10 mm min-1拉伸速率下的（a）液體電解質吸收能力、（b） 保水能力、（c） 離子電導率和（d） 拉伸應力與應變曲線。

圖3. （a） 半開放配置中ZAB的恒電流放電曲線，（b） 基于PAM/SA/KI電解質的ZAB在不同彎曲狀態下的恒電流充電/放電（GCD）曲線。（c） PAM-、PAM/SA-和PAM/SA/KI電池的GCD曲線。PAM-、PAM/SA-和PAM/SA/KI基電池在初始（e）和更新（f）在密封配置中的恒電流放電曲線和GCD曲線（d）。

圖4. （a） Pt/C+RuO2復合材料在不同O2或Ar飽和電解質中，在5 mV s-1下的LSV曲線。（b） KOH/Zn（Ac） KI溶液在不同充電/放電時間下的紫外-可見光譜。（c） 用于鋅空氣/碘化物混合電池的循環鋅負極的SEM圖像。（d） 不同電解質的拉曼光譜（黑色：Zn2+；綠色：O；粉色：H；藍色：I-）。

審核編輯：郭婷