近日，我组锌离子电池方向在光电储一体电池领域取得新进展，提出了一种通过仿生两性离子水凝胶电解质实现高可逆锌负极新策略。

水系锌离子电池成本低廉、安全性优异且绿色无污染，是大规模储能技术极具潜力的候选体系。但锌金属负极易滋生锌枝晶、伴随析氢副反应，同时锌离子迁移动力学迟缓，三大关键瓶颈阻碍该电池产业化落地。常规凝胶电解质仅可在一定程度改善负极劣化问题，却受制于离子导电能力偏弱、锌离子迁移数偏低的短板，无法实现锌离子高效、选择性输运。针对这一关键瓶颈问题，团队受细胞膜磷脂双分子层启发设计了一种仿生两性离子水凝胶电解质2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱-丙烯酰胺-丙烯酸（PAMC）。该电解质由2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱（MPC）、丙烯酰胺（AAM）和微量丙烯酸（AA）共聚而成，构建了一个兼具高机械强度、强界面粘附性和分级Zn²⁺传输通道的三维网络。

在本工作中，PAMC将三个协同功能单元集成于同一网络：两性离子MPC链段提供强局部极化和亲水性，柔性AAM主链确保结构稳健性，而微量AA单元则引入弱且可逆Zn²⁺配位。通过这种分子工程策略，PAMC成功构建了分级Zn²⁺传输网络，同时赋予电解质优异的机械弹性和强界面粘附性。更重要的是，PAMC表现出独特的溶剂化调控机制。MPC、AAM和AA上的官能团协同取代了Zn²⁺初级溶剂化壳中的H₂O，有效加速了去溶剂化过程并显著降低了Zn²⁺迁移能垒。三元共聚单元进一步为Zn²⁺构筑了高度稳定的多齿配位环境，从而实现了均匀锌沉积，并有效抑制了枝晶形成。因此，PAMC实现了44.94mS cm^-1的高离子电导率和0.75的大Zn²⁺迁移数。基于PAMC的Zn||Zn对称电池实现了超过2200小时的稳定循环，Zn||Cu电池在2000多小时以上保持稳定的库仑效率。采用Zn||活性炭、Zn||NVO和Zn||I₂构型的全电池均展现出超长的循环寿命和出色的稳定性，凸显了PAMC电解质的普适性和实际潜力。此外，当与钙钛矿太阳能电池集成时，Zn||I₂电池实现了13.3%的总转换效率。

相关研究成果以“Biomimetic Zwitterionic Hydrogel Electrolyte Enables Highly Reversible Zn Anodes”为题，于近日发表在《先进能源材料》（Advanced Energy Materials）上。该工作的第一作者是博士研究生郭晓军。上述工作得到中国科学院战略重点实验室建设基金、国家自然科学基金、知识创新工程计划、大连优秀青年科学家培养计划、山西省基础研究计划、内蒙古自治区科技项目、中央政府地方科技发展专项资金以及玉林大学与大连清洁能源国家实验室合作基金等项目的资助。