可充电水系锌离子电池具有安全性高、对环境友好和成本低廉等优点，是下一代大规模储能系统的理想候选者。然而，水系锌离子电池使用的锌金属负极面临着枝晶生长、析氢反应和腐蚀等挑战，阻碍了水系锌离子电池更广泛的应用。
在此，华中科技大学黄云辉，朱拉隆功大学秦家千、杨成武，燕山大学张新宇等人设计并制备了一种多功能准固态聚合物电解质。具体而言，作者通过聚丙烯酸钠、硅酸镁锂和纤维素纳米纤维的分子交联制备了一种具有高度选择性的离子传输通道的准固态聚合物电解质。
研究显示，带负电荷的离子通道可调节Zn2+去溶剂化过程，促进离子传输。此外，其可在Zn负极上原位形成Zn-Mg-Si合金进而改善Zn成核动力学和均匀的Zn沉积。
基于此，匹配该电解质的锌负极在2400次循环后可实现99.7%的平均库仑效率，并且在长达600小时的可逆循环中实现85.6%的放电深度。其组装的Zn||V2O5软包电池在31.3 mg的工业级负载质量下实现了1.13 Ah的放电容量。
图1. Zn2+离子的沉积行为及机制
总之，该工作提出了一种具有定制离子通道的多功能PLCZ聚合物电解质，可有效抑制枝晶生长、电极腐蚀和副产物的产生。 由于构建的离子通道，设计的PLCZ电解质可以促进快速均匀的Zn2+离子传输，调节离子溶剂化结构并降低游离水含量。
计算表明，原位形成的具有丰富亲锌合金成分的SEI能够实现3D空间离子扩散并确保均匀的Zn(002)沉积。基于此，匹配该电解质的锌离子电池表现出优异的电池性能。因此，该工作为高性能聚合物电解质的设计提供了新策略。
图2. 电池性能
A multifunctional quasi-solid-state polymer electrolyte with highly selective ion highways for practical zinc ion batteries,Nature Communications2025 DOI: 10.1038/s41467-024-55656-2
