近日，我所能源催化轉化全國重點實驗室動力電池與系統研究部（DNL29）陳忠偉院士、竇浩楨副研究員團隊在柔性鋅-空氣電池方面取得新進展。團隊受植物根系和血液循環系統的啟發，構筑了一種安全、環境友好、具有多層級離子傳輸通道的單陰離子傳導固態電解質，由其組裝的柔性鋅-空氣電池展現出良好的電化學性能和超長循環壽命。

柔性鋅-空氣電池具有理論能量密度高、安全性好和成本低等優勢，在智能可穿戴設備等領域具有廣闊應用前景，對其的應用關鍵在于設計安全、環保的固態電解質。目前，常用的凝膠電解質存在機械性能差的問題，以及高腐蝕性溶液滲漏的風險。陰離子交換膜可避免使用強腐蝕性溶液，但其保水率低、離子導電性差，并且離子電導率與機械性能之間存在trade-off效應。

近年來，陳忠偉團隊一直致力于高安全固態電解質的設計與開發，研制出動態雙網絡仿生固態電解質（Adv. Mater.，2022）、具有鋼筋混凝土結構的納米結構電解質（Angew. Chem. Int. Ed.，2022、具有豐富水通道和離子通道的生物質電解質（Adv. Mater.，2024）等，實現了離子傳導率和機械性能的協同提升。

本工作中，團隊通過在功能化碳納米管和聚丙烯酰胺形成的骨架中，原位聚合具有單氫氧根離子傳導的雙陽離子聚合物，構筑了多層級離子傳輸通道，賦予該電解質良好的吸水保留率、超高的離子電導率（245mS/cm）、優異的拉伸性（1200%）和良好的鋅陽極可逆性。團隊組裝的鋅-空氣電池具有764mAh/g的高比容量，峰值功率密度達到152mW/cm2，并保持了1050次循環（350h），展現出良好的循環穩定性。該工作為氫氧根導體的設計提供了新思路，并拓寬了氫氧根導體的定義和范疇。

相關研究成果以“Single-Anion Conductive Solid-State Electrolytes with Hierarchical Ionic Highways for Flexible Zinc-Air Battery”為題，于近日發表在《德國應用化學》（Angewandte Chemie-International Edition）上。該工作的第一作者是我所DNL29博士后徐咪。該工作得到中國科學院B類先導專項“能源電催化的動態解析與智能設計”、榆林中科潔凈能源創新研究院聯合基金、國家資助博士后研究人員計劃等項目的資助。