浙师大张璟，海南大学鲁飞，大化所陈忠伟院士ESM：构筑“宽水合”通道！

第一作者：许涛，周宏宇（共同一作）

通讯作者：张璟*，鲁飞*，陈忠伟*

单位：浙江师范大学化学与材料科学学院，海南大学化学化工学院，中国科学院大连化学物理研究所

随着柔性电子设备的蓬勃发展，对高性能柔性储能器件的需求日益增长。锌-空气电池（ZABs）凭借高理论能量密度和低成本优势成为理想选择。然而，作为核心组件的固态电解质面临严峻挑战：传统凝胶电解质（GPEs）通常离子电导率较低，且在碱性环境下容易失水导致性能衰减；目前主流的两性离子聚合物（如SBMA）多含有酯基，在强碱性电池环境中化学稳定性较差。因此，开发一种兼具高离子电导率、优异保水性、耐强碱腐蚀且本质阻燃的固态电解质，是实现长寿命、高安全柔性锌空电池的关键。

揭示Grotthuss低能垒传导机制与优异保水性能结合分子动力学（MD）模拟与动力学分析，深入揭示了 VIPS 电解质的微观工作机理。两性离子基团对水分子具有强锚定作用，构建了富水的微环境和连续氢键网络。这不仅促进了 OH⁻ 基于 Grotthuss 机制的快速迁移，有效降低了传输活化能，还赋予了电解质优异的保水能力，缓解了碱性电解质在长期运行中易失水干涸的问题。

得益于优化的离子传输通道和稳定的界面性质，组装的 VIPS 基锌-空气电池展现出优异的电化学性能。电池具有较高的开路电压和功率密度，性能表现显著优于 PVA 和 VBIMBr 基准体系。在恒流充放电测试中，该电池在 1 mA cm^-2电流密度下实现了长周期的稳定运行（180 圈），且充放电电压平台保持平稳，证明了该电解质在降低充放电过电势和维持电化学稳定性方面的显著优势。

该研究同步实现了电解质的安全性与柔性应用突破。VIPS 分子结构赋予了材料本质阻燃特性，有效提升了柔性器件的热安全性。此外，通过一步原位聚合工艺，成功在锌丝表面构建了均匀的电解质层，制备出一体化的一维纤维状锌-空气电池。该纤维电池在缠绕及不同角度弯曲下，均能保持稳定的电化学性能，为可穿戴电子设备提供了高可靠性的能源解决方案。

张璟博士简介：张璟，化学与材料科学学院双龙学者特聘教授，硕士生导师。2015-2019年加拿大滑铁卢大学获化学工程博士学位，2019-2021年滑铁卢大学博士后，2021年9月加入浙江师范大学，主要从事新能源电池体系与材料的研究。在Adv. Mater., Energy Environ. Sci., Adv. Energy Mater.等权威期刊上发表学术论文50余篇，主持国家自然科学基金、浙江师范大学双龙学者科研启动费等科研项目，参与多项加拿大自然科学基金项目，及金华市科技局项目。曾获国家优秀自费留学生奖学金、国际电化学能源会议EEST优秀报告奖、滑铁卢大学优秀博士毕业论文、滑铁卢纳米中心优秀研究奖等。指导本科生立项国家级大学生创新创业训练、浙江省大学生科技创新活动计划（新苗人才计划）项目；指导学生获得全国大学生化学实验创新设计大赛全国一等奖、浙江省大学生化学竞赛一等奖。

鲁飞博士简介：海南大学化学化工学院教授，博士生导师，海南自贸港D类高层次人才，山东省“泰山学者”青年专家，山东省高等学校青创科技计划创新团队负责人。2015年于山东大学获博士学位，2015-2019年先后于山东大学、加拿大滑铁卢大学（University of Waterloo）从事博士后研究。2022年02月至海南大学化学化工学院工作。专注于能源胶体与生物胶体的功能化研究，目前已在Angew Chem. Int. Ed., Chem. Eng. J., ACS Appl. Mater. Interfaces, Chem. Eur. J.等期刊发表SCI论文60余篇，合编著作1部，主持国家自然科学基金地区项目、国家自然科学基金青年项目、博士后面上项目、海南大学高层次人才启动基金等多项国家与省部级项目。

陈忠伟院士简介：陈忠伟，加拿大皇家科学院院士、工程院院士。目前担任中国科学院大连化学物理研究所研究员，能源催化转化全国重点实验室主任、动力电池与系统研究部（DNL29）部长、加拿大皇家科学院委员会委员、国际电化学能源科学院（IAOEES）副主席，中国化学会旗舰期刊Renewables主编，Royal Society of Chemistry -Energy Environ. Book Series主编。陈忠伟院士2018-2023年连续六年被科睿唯安评为“全球高被引学者”，荣获：国际电化学能源科学卓越奖、加拿大最高国家科技奖、全世界TOP100,000科学家、全球能源科学与工程领域高被引学者、加拿大清洁能源先进材料领域资深首席科学家（Tier I）、加拿大皇家学会杰出青年学院成员、2018年卢瑟福纪念奖章、加拿大创新基金会领袖机遇基金奖等多个国际奖项。以第一作者和通讯作者身份，在Nature Energy、Nature Nanotechnology、Chemical Reviews、Chemical Society Reviews、Journal of the American Chemical Society、Angewandte Chemie International Edition、Nature Communications、Joule、Matter、Chem、Advanced Materials、Energy & Environmental Science等国际重要学术刊物上发表论文600余篇，被引83500余次，H因子达148，另外，编著3部，申请/授权美国、中国和国际专利100余项，多项成果实现产业化转化和应用。