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先进陶瓷与纳米功能材料研究团队在ACS Nano发表重要研究成果

2025-08-01 材料-管理员 阅读 10

近日,我院先进陶瓷与纳米功能材料研究团队在ACS Nano上发表题为“Restructuring Hydrogen Bond Networks in Polyacrylamide Hydrogels via Trehalose Additives for Wide-Temperature-Range Zn-Ion Batteries”的研究工作,该成果由李超副教授、孙武珠副教授、杜庆洋教授与苏州大学孙靖宇教授合作完成,我院2022级硕士研究生王玲美为论文第一作者,山东理工大学材料科学与工程学院为论文第一单位。

本研究成果针对目前用于电池体系的水凝胶电解质存在机械耐久性不足、极端温度下性能恶化、水分流失导致离子电导率下降等问题,提出了在PAM水凝胶中引入环境友好的仿生材料海藻糖来调节水凝胶性能。

理论计算和实验结果表明,海藻糖的加入改变了水凝胶内部的氢键网络和Zn2+的溶剂化结构,抑制了溶剂化壳中高活性水引起的寄生反应。利用PAM/T水凝胶电解质组装的Zn//KVOH全电池的在5 A g−1电流密度下循环2000次后容量保持率为87.2%,制备的Zn//KVOH软包电池在500次循环后容量保持率为75.9%。即使在−15 ℃50 ℃的苛刻条件下,组装的锌电池在1 mA cm−21 mAh cm−2下也分别表现出超过1200小时和700小时的显著循环稳定性,组装的Zn//KVOH全电池在高温和低温条件下也分别表现了优异的性能。海藻糖作为一种水凝胶改性新策略在实际应用中也存在巨大潜力,该团队通过锌离子电池与多晶硅太阳能电池集成,构筑了柔性可穿戴光充自供电单元,并实现了10%的整体能量转换效率。这些结果表明添加海藻糖制备的水凝胶电解质具有推进可穿戴电子产品和促进未来可持续发展的巨大潜力。任路超

    文章链接https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.5c06805


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