柔性和可穿戴電子產品的出現激發了大量關于強大、可靠、低成本、具有優異電化學性能的可穿戴儲能設備的研究。目前，柔性鋰離子電池(LIB)和超級電容器(SC)被認為是柔性和可穿戴電子設備中兩種有前途的儲能設備，但是它們的功率密度和循環壽命、低能量密度很有限。為了解決這些缺點，利用電容器型電極和電池型電極結合的混合型電容器(HSC)是最有前景的提高設備能量密度的方法。鋅離子混合超級電容器(ZHSC)由于其結合了鋅離子電池(ZIB)的優異性能、高安全性、無毒性和豐富的鋅資源等優點，被認為是最有潛力的儲能器件之一。然而，由于使用不安全的水溶液電解質的限制，導致鋅枝晶形成明顯，副反應，陽極腐蝕，并且在日常使用中無法承受較大的機械沖擊和損害，包括被撞擊、撕裂、刺穿或折疊。為了解決上述問題，設計一種可擴展的、薄的、高性能的基于聚丙烯腈(PAN)和聚丙烯酰胺(PAM)的分級結構凝膠電解質，提出了一種具有高電化學功能的極其安全、靈活的準固態ZHSC。
圖1 凝膠電解質的制備示意圖及形貌表征
近日，貴州大學材料與冶金學院謝海波教授課題組在國際一區TOP期刊《Chemical Engineering Journal》（影響因子:16.744）發表重要研究成果“An extremely safe and flexible zinc-ion hybrid supercapacitor based on a scalable, thin and high-performance hierarchical structured gel electrolyte”, (Doi: 10.1016/j.cej.2023.144339), 2020級碩士研究生覃上東為論文第一作者，通訊作者為謝海波教授，黃俊特聘教授，徐芹芹副教授。該工作設計了一種可擴展的、薄的、高性能的分級結構凝膠電解質，包括靜電紡聚丙烯腈(PAN)基質、聚丙烯酰胺(PAM)和鋅鹽（圖1）。將凝膠電解質應用于鋅離子電容器中得到了優異的電化學性能、倍率性能以及長循環性能（圖2）。所制備的凝膠電解質能有效抑制鋅枝晶的生長，因此對稱鋅電池具有穩定的長循環性能（圖3）。得益于精心設計的電解質獨特的界面和優越的電化學性能，鋅離子電容器實現了高能量密度和功率密度(132.5 Wh kg-1和1244.4 W kg-1)，在不同彎折角度下的具有優異的穩定性和實際應用潛力（圖4）。準固態鋅離子電容器比傳統的柔性電池具有極高的安全性和高耐磨性，可以在各種極端條件下連續工作，如錘擊、燃燒、洗滌、切割、彎曲和穿孔（圖5）。
圖2 凝膠電解質應用于鋅離子電容器中的基本電化學性能
圖3 凝膠電解質抑制鋅枝晶生長性能
圖5 凝膠電解質應用于鋅離子電容器在極端條件下工作
圖5 凝膠電解質應用于鋅離子電容器在極端條件下工作
原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S138589472303070X?dgcid=coauthor