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  近日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳校區(qū)柔性印刷電子技術(shù)研究中心、材料科學(xué)與工程學(xué)院黃燕教授在水系堿性電池循環(huán)穩(wěn)定性和自愈合特性上取得重大進(jìn)展。研究成果分別發(fā)表于國(guó)際著名期刊《先進(jìn)能源材料》（Advanced Energy Materials 影響因子：21.875）和《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》（Angewante Chemie International Edition影響因子：12.102）。論文題目分別為“Solid-State Rechargeable Zn//NiCo and Zn-air Batteries with Ultra-Long Lifetime and High Capacity: the Role of a Sodium Polyacrylate Hydrogel Electrolyte”和“An intrinsically self‐healing NiCo//Zn rechargeable battery by self‐healable ferric‐ion‐crosslinking sodium polyacrylate hydrogel electrolyte”。

  水系電池采用水作為電解質(zhì)溶劑，解決了易燃有機(jī)電解質(zhì)引起的安全問(wèn)題，在柔性可穿戴電子領(lǐng)域受到研究者的重視。但是，水系電池存在一定的弊端。一方面，其凝膠電解質(zhì)在電池充放電過(guò)程中易失水，使得離子導(dǎo)電率下降，電解質(zhì)成分偏析，容量劇減，最終導(dǎo)致電池循環(huán)穩(wěn)定性差；另一方面，在日常使用過(guò)程中，它們總是不可避免地受到各種變形和局部應(yīng)力的影響，嚴(yán)重限制電池的壽命和可靠性，最終導(dǎo)致電子系統(tǒng)的故障。

  針對(duì)上述問(wèn)題，黃燕教授合成出新型聚丙烯酸鈉基水凝膠電解質(zhì)。

  聚丙烯酸鈉與水分子間的高相互作用能量使其具有超保水特性，同時(shí)丙烯酸酯負(fù)電荷基團(tuán)在負(fù)極表面形成類SEI膜有效抑制枝晶形成。采用該電解質(zhì)制備的柔性鎳鋅和鋅空氣電池都展現(xiàn)出了最長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性能，循環(huán)次數(shù)/時(shí)間比目前所有文獻(xiàn)報(bào)道的結(jié)果高出8-40倍。此外，聚丙烯酸鈉水凝膠分子鏈通過(guò)鐵離子交聯(lián)以促進(jìn)整體網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)重建。這些非共價(jià)交聯(lián)在水凝膠被切斷時(shí)重新連接受損表面，為電池實(shí)現(xiàn)固有的自我恢復(fù)能力提供最終解決方案。因此，使用該水凝膠電解質(zhì)的鎳鋅電池可自主自愈，在4次斷裂/愈合循環(huán)后保留超過(guò)87％的容量。

上欄：聚丙烯酸鈉水凝膠電解質(zhì)示意圖及柔性堿性鎳鋅（左）和鋅空電池（右）的循環(huán)穩(wěn)定性比較；下欄：本征自愈合堿性鎳鋅電池愈合前后圖

  黃燕教授的獨(dú)創(chuàng)性成果大大解決了水系堿性電池的循環(huán)穩(wěn)定性和本征自愈合問(wèn)題，并且在這些指標(biāo)上達(dá)到了一個(gè)新的高度。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201805618