拓扑重构水凝胶电解质

高离子电导兼高机械强度

受蝎子缝感受器启发的拉伸诱导拓扑重构，在聚丙烯酰胺水凝胶中构建有序一维限域纳米通道，实现锌离子定向传输。

Junhang, Xu · Zhongyuan, Shi · Yifei, Liu · 韩奇钢 · 寇淑清

Energy Storage Materials 2026

参数信息

离子电导率

52.9 mS cm⁻¹

Zn²⁺迁移数

0.89

容量保持率

81.9 %

对称电池循环寿命

2600 h

技术优势

电导率和机械强度兼得

拉伸诱导拓扑重构使银纳米线和MXene高度单轴取向，形成有序一维限域纳米通道，同时提升离子传输和机械承载能力。

锌离子定向传输

限域竞争配体交换跳跃机制破坏传统水合稳态，使Zn²⁺从三维随机扩散转变为一维定向传输，降低迁移能垒。

力学形变下容量自恢复

与碳纤维复合后，在拉伸载荷下各向异性泊松效应径向压缩一维通道，实现近三分之二的放电容量恢复，验证了机制在承力条件下的适用性。

应用场景

• 锌离子电池：提供高离子电导率和定向Zn²⁺传输通道，提升电池倍率与循环性能。
• 水凝胶电解质：在保持水凝胶柔性的同时引入力学增强的纳米通道，解决机械与电导率矛盾。
• 结构电池：电解质在承力条件下容量可恢复，满足结构电池对力学-电化学耦合的需求。
• 固态电解质：限域通道与配体交换机制实现类固态的离子传输调控，提升循环稳定性。
• MXene复合材料：MXene与银纳米线协同取向形成导电骨架，兼顾电子传导与离子通道。