近日，我所能源催化转化全国重点实验室动力电池与系统研究部（DNL2900）陈忠伟院士、窦浩桢副研究员团队在柔性锌-空气电池方面取得新进展。团队受植物根系和血液循环系统的启发，构筑了一种安全、环境友好、具有多层级离子传输通道的单阴离子传导固态电解质，由其组装的柔性锌-空气电池展现出良好的电化学性能和超长循环寿命。
柔性锌-空气电池具有理论能量密度高、安全性好和成本低等优势，在智能可穿戴设备等领域具有广阔应用前景，对其的应用关键在于设计安全、环保的固态电解质。目前，常用的凝胶电解质存在机械性能差的问题，以及高腐蚀性溶液渗漏的风险。阴离子交换膜可避免使用强腐蚀性溶液，但其保水率低、离子导电性差，并且离子电导率与机械性能之间存在trade-off效应。
近年来，陈忠伟团队一直致力于高安全固态电解质的设计与开发，研制出动态双网络仿生固态电解质（Adv. Mater.，2022）、具有钢筋混凝土结构的纳米结构电解质（Angew. Chem. Int. Ed.，2022、具有丰富水通道和离子通道的生物质电解质（Adv. Mater.，2024）等，实现了离子传导率和机械性能的协同提升。
本工作中，团队通过在功能化碳纳米管和聚丙烯酰胺形成的骨架中，原位聚合具有单氢氧根离子传导的双阳离子聚合物，构筑了多层级离子传输通道，赋予该电解质良好的吸水保留率、超高的离子电导率（245mS/cm）、优异的拉伸性（1200%）和良好的锌阳极可逆性。团队组装的锌-空气电池具有764mAh/g的高比容量，峰值功率密度达到152mW/cm2，并保持了1050次循环（350h），展现出良好的循环稳定性。该工作为氢氧根导体的设计提供了新思路，并拓宽了氢氧根导体的定义和范畴。
相关研究成果以“Single-Anion Conductive Solid-State Electrolytes with Hierarchical Ionic Highways for Flexible Zinc-Air Battery”为题，于近日发表在《德国应用化学》（Angewandte Chemie-International Edition）上。该工作的第一作者是我所DNL2900博士后徐咪。该工作得到中国科学院B类先导专项“能源电催化的动态解析与智能设计”、榆林中科洁净能源创新研究院联合基金、国家资助博士后研究人员计划等项目的资助。（文/图 徐咪）
原文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202407380
