水系锌基电池(AZBs)由于其高安全性、成本效益、环境友好性和理想的功率密度，有望用于大规模固定电网存储和便携式电子设备。然而，实现稳定的电极-电解质界面仍然是开发高性能AZB的挑战。
在此，武汉大学周金平、宋智平等人以锌吩嗪（PNZ）系统为原型，设计了一种羧酸官能化纤维素水凝胶电解质，以同时解决负极和正极界面的问题。具体而言，水凝胶电解质不仅可以调节Zn负极侧的Zn2+离子，还可以在PNZ正极侧提供H+离子，以避免硫酸锌氢氧化物的不利沉积。
基于此，该电解质匹配的水系Zn-PNZ电池能够抑制无枝晶和副反应，进而实现高比容量（311 mAh g−1，理论容量的99%利用率）和长循环寿命（2个月内超过1500次循环）。
图1. CPZ-gel的电化学性能
总之，该工作重点关注 AZB 中锌负极和正极的界面问题。研究显示，作者通过表面修饰构建了羧酸功能化纤维素水凝胶（CPZ-gel）电解质。其中，CPZ-gel电解质中新引入的PAA涂层为PNZ正极提供了充足的H离子，而原有的纤维素水凝胶则促进Zn2+传输。
基于此，使用CPZ-gel电解质的水性Zn||PNZ电池表现出311 mAh g−1的高比容量和超过1500次循环的长寿命。因此，该项工作提出了一种独特的“双电极一凝胶”策略，有效解决了 AZB 中负极和正极面临的基本问题。
图2. CPZ-gel的电池性能
Carboxylic Acid‐Functionalized Cellulose Hydrogel Electrolyte for Dual‐Interface Stabilization in Aqueous Zinc‐Organic Batteries, Advanced Materials 2024 DOI:10.1002/adma.202411997