AFM：高性能水系凝胶态柔性锌离子电池的理性设计

第一作者：王文惠

通讯作者：李朝威，姚亚刚

单位：安阳师范学院，南京大学

随着可穿戴电子设备（如智能传感器、电子皮肤、折叠手机等）的快速发展，对与之配套的柔性电源系统提出了更高要求：高安全性、高能量密度、良好的机械柔性和环境友好性。传统的锂离子电池和钠离子电池因使用易燃有机电解质存在安全隐患，且成本较高，限制了其在柔性电子器件中的应用。水系锌离子电池（AZIBs）因其使用水性电解质，具备高安全性、高离子电导率、低成本等优势，成为研究热点。然而，液态电解质易泄漏、易引发锌枝晶、析氢反应、电极溶解等问题。为克服这些缺陷，将液态电解质替换为凝胶电解质，获得兼具高柔性与安全性的柔性水系凝胶态锌离子电池（FAGZIBs），成为柔性电子器件理想的供能设备。本文为未来的研究方向提供了借鉴，有助于加速凝胶态柔性锌离子电池的研究及实际应用。本文第一作者为南京大学博士研究生王文惠，通讯作者为南京大学姚亚刚教授，安阳师范学院李朝威副教授，通讯单位为南京大学、安阳师范学院。

基于此，来自南京大学、安阳师范学院的研究团队在《Advanced Functional Materials》期刊发表了题为“Rational Constructions of High-Performance Flexible Aqueous Gel-State Zinc Ionic Batteries”的综述文章。文章系统梳理了FAGZIBs的组成结构、储能原理、柔性机制、当前面临的挑战及解决策略，并重点介绍了其在多功能集成（如可压缩、可拉伸、自愈合、电致变色、自充电等）和可穿戴电子器件中的应用，如图1所示。文章旨在为FAGZIBs的研究与开发提供一定的借鉴。

FAGZIBs通常由柔性封装材料、柔性导电集流体、柔性锌负极、柔性正极和凝胶电解质构成。本文分别选择代表性的案例进行详细阐述和评论，如图2所示。

一般情况下，正极材料的电化学储能机制可分为离子从正极活性材料中的嵌入/脱出、转化反应和配位反应。负极材料的电化学储能机制可分为离子从负极活性材料中的嵌入/脱出和金属锌的剥离/沉积。柔性机理是如何降低机械应力，一般可分为通过降低材料厚度、引入孔隙、构建阵列或微裂纹结构、设计波形/岛桥/折纸等结构，分散应力，提升柔韧性，如图3所示。

本文对FAGZIBs的研究进展进行了全面系统的综述：FAGZIBs的组成和结构，储能机制和柔性机理，存在问题和解决方案，以及FAGZIBs的最新进展和实际应用。尽管在提高FAGZIBs性能方面取得了一些重大进展，但是FAGZIBs的发展仍处于起步阶段。因此，一些进一步的研究值得关注 (如图5所示)。1、电池性能和机械柔性的平衡；2、多功能性；3、评价标准；4、先进表征和原位表征；5、人工智能赋能FQAZIBs的发展；6、应用市场的扩展，如图4所示。

Rational Constructions of High-Performance Flexible Aqueous Gel-State Zinc Ionic Batteries

李朝威副教授简介：2019博士毕业于中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，随即加入安阳师范学院化学化工学院，从事教学和科研工作。长期从事储能材料的研究和开发。以第一作者或通讯作者身份在Adv. Mater., Adv, Energy Mater., Adv Funct, Mater., Energy Storage Mater., Mater. Sci. Eng. RRep., ACS Energy Lett., Nano Lett.,等国内外知名期刊杂志上发表论文30余篇，H因子36。

姚亚刚教授简介：南京大学教授、博士生导师，教育部长江学者，海外高层次青年人才，国家优青。兰州大学化学学士，北京大学物理化学博士，随后在美国乔治亚理工学院工作。已在 Nature Mater.,、Nature Nanotechnol.,、J. Am. Chem. Soc.、Adv. Mater., Ang. Chem.、Nano Lett.,等杂志发表SCI论文260余篇，论文被他人引用26000余次，H因子75。曾主持科技部重点研发计划项目及课题、基金委海外合作和面上项目等。曾获得全国百篇优秀博士学位论文、江苏省双创人才、江苏省优秀博士和硕士论文指导老师。