离子电导率高达199.3 mS cm⁻¹！新疆大学贾殿赠/吴冬玲，最新Angew！

柔性锌空气电池因高能量密度和本征安全性，被视为可穿戴电子设备的理想电源。然而，实现兼具稳定电极/电解质界面与拉伸性能的一体化器件仍面临挑战。传统策略依赖弹性基底或预褶皱结构间接赋予器件拉伸性，但电极与电解质间的界面滑移或分离会严重损害电池性能。此外，聚乙烯醇-氢氧化钾水凝胶电解质存在保水性差、高温脱水、低温结冰等问题，且与电极附着力弱，弯曲拉伸下易分层。开发兼具优异拉伸性、自愈合能力和宽温域适应性的凝胶电解质，并实现电极与电解质的一体化集成，是推动可拉伸柔性锌空气电池实用化的关键。

2026年9月10日，新疆大学贾殿赠教授、吴冬玲教授在《Angewandte Chemie International Edition》上发表了题为“All-in-One Stretchable Flexible Zinc-Air Battery Enabled by Eutectogel-Derived Electrolyte and Electrodes”的研究论文，提出了乳酸/乙二醇-聚乙烯醇共晶凝胶策略，将其同时作为电解质、锌负极基质和催化剂正极载体，构建了全一体化可拉伸柔性锌空气电池。

乳酸分子中的羧基和羟基与乙二醇及聚乙烯醇形成大量氢键，构建了致密交联网络。该结构赋予共晶凝胶优异的粘附性，对锌箔和碳布的粘附强度分别达106 kPa和21 kPa，远高于传统水凝胶。同时，羧基和羟基通过氢键有效固定水分子，抑制析氢反应和腐蚀副反应。在锌对称电池中，共晶凝胶电解质体系氢气释放量仅9.5 ppm，而传统水凝胶体系高达327.5 ppm。塔菲尔曲线显示其腐蚀电流为0.11 mA，腐蚀电位为-0.016 V，均优于对比体系。X射线光电子能谱表明，循环后锌电极表面Zn²⁺腐蚀产物占比最低，金属锌特征峰最为显著。

乳酸与Zn(OH)₄²⁻之间的强静电相互作用诱导锌均匀沉积，抑制枝晶生长和钝化。锌对称电池采用共晶凝胶电解质后循环寿命达90小时，分别为传统水凝胶、丙酸基和异丙醇基体系的5.29倍、1.25倍和2.4倍。X射线衍射谱显示，共晶凝胶体系循环后锌负极几乎无ZnO衍射峰，而丙酸基和异丙醇基体系出现明显ZnO峰。扫描电镜观察证实，共晶凝胶体系锌沉积均匀致密，无枝晶和钝化层。

共晶凝胶展现出优异的力学性能，拉伸率高达378%，断裂应力0.5 MPa，韧性1.31 MJ m⁻³。在100%应变下连续加载-卸载10次循环后，恢复率仍保持90%，而丙酸基和异丙醇基体系分别仅为70%和59%。自愈合测试表明，切割后6小时断裂应力恢复至0.497 MPa，愈合效率99.4%，应变恢复至374%，愈合效率99.0%。共晶凝胶还表现出卓越的宽温域适应性，玻璃化转变温度低至-107.3°C，在-40°C下仍可拉伸至初始长度的4倍。热重分析显示，100°C下共晶凝胶质量保留率达90.4%，远高于丙酸基体系的83.7%和异丙醇基体系的74.3%。离子电导率在-40至100°C范围内从66.1 mS cm⁻¹提升至199.3 mS cm⁻¹，100%拉伸状态下电导率基本保持不变。

组装的全一体化可拉伸锌空气电池开路电压为1.37 V，峰值功率密度达65.4 mW cm⁻²。在90°弯曲下功率密度保持62.3 mW cm⁻²，扭曲和100%拉伸下分别为51.4和44.5 mW cm⁻²。电池在0.5至5 mA cm⁻²电流密度范围内表现出稳定的倍率性能和可逆性。自愈合后电池功率密度为45.9 mW cm⁻²，100%拉伸下仍保持27.8 mW cm⁻²。该电池在-40°C下功率密度为19.9 mW cm⁻²，100°C下为32.5 mW cm⁻²，实现了-40至100°C宽温域稳定运行。三个串联电池可驱动计时器并点亮发光二极管，在手指、手腕、肘部和膝关节弯曲条件下均保持稳定供电。

1、提出乳酸/乙二醇-聚乙烯醇共晶凝胶一体化设计策略，同时作为电解质、锌负极基质和催化剂正极载体，构建全一体化可拉伸锌空气电池。

2、共晶凝胶拉伸率达378%，6小时自愈合效率99.4%，-40至100°C宽温域稳定运行，离子电导率最高达199.3 mS cm⁻¹。

3、电池峰值功率密度65.4 mW cm⁻²，100%拉伸应变下保持44.5 mW cm⁻²，锌对称电池循环寿命90小时，氢气释放量仅9.5 ppm。

图1 共晶凝胶电极/电解质一体化可拉伸锌空气电池

图2 共晶凝胶力学性能与粘附强度

图3 界面副反应抑制与锌沉积调控

图4 锌负极循环稳定性与沉积形貌

图5 一体化电池电化学性能

本研究通过乳酸/乙二醇-聚乙烯醇共晶凝胶一体化设计，将电解质、锌负极和催化剂正极集成为全拉伸柔性锌空气电池。共晶凝胶中羧基与羟基协同构建致密氢键网络，赋予材料高拉伸率、强粘附性和自愈合能力，同时有效抑制析氢和腐蚀副反应。电池峰值功率密度达65.4 mW cm⁻²，100%拉伸应变下保持44.5 mW cm⁻²，-40至100°C宽温域稳定运行。本研究为可拉伸柔性锌空气电池的一体化集成提供了有效策略，有望推动可穿戴储能器件发展。

文献链接：https://doi.org/10.1002/anie.6217043

文章来源：新能源前沿