【會議報告】鋅離子電池水凝膠電解質的輻射制備及性能研究

近年來，鋅離子電池因其體積能量密度高(5855mAh?cm^-3)、安全性高和成本低等特點，引起了人們的廣泛關注。水凝膠電解質作為一種新型的電解質材料，具有高離子傳導率、優異的機械性能和熱穩定性等優勢。因此，在鋅離子電池中水凝膠電解質成為一個研究熱點。

在鋅離子電池中，水凝膠電解質主要用作隔膜和電解質，用于隔離正極和負極，并在正負極之間形成電解質層，以促進離子傳輸和電荷傳輸。與傳統的液態電解質相比，一方面，水凝膠電解質具有更好的機械強度和較低的揮發性，從而提高了鋅離子電池的安全性和穩定性；另一方面，水凝膠電解質作為一種濕潤的軟材料，其良好的可彎折、拉伸性和界面接觸，使得它成為一種良好的柔性鋅離子電池電解質材料。

輻照技術

輻照技術，是一種利用射線與物質間的作用，使被輻照物質的物理性能和化學組成發生變化，從而達到改良材料性能目的的技術。整個過程能耗低、無殘留物、清潔環保，是綠色的加工技術。

材料輻照效應是指在高能射線作用下材料保持其固有物理、化學、機械性能的能力。例如，高分子聚合物受到高能射線輻照時，聚合物分子內部會產生電離和激發，從而導致聚合物發生一系列物理及化學變化：輻射交聯——分子鏈之間形成化學鍵；輻射裂解——大分子鏈斷裂；不飽和鍵含量發生變化；氧化及產生一些陷落自由基；釋放出氣體等。這些變化均可導致聚合物材料結晶度、硬度、密度、強度、彈性模量等的改變。

水凝膠電解質的輻射交聯

輻射交聯是將含有交聯官能團的物質(如聚乙烯醇、明膠等)在輻射條件下發生物理交聯反應，形成水凝膠。水凝膠充分浸泡鋅鹽溶液，即可得水凝膠電解質。

水凝膠是一類親水性的網絡結構凝膠，通常由交聯的親水聚合物鏈組成，網絡結構吸水膨脹并可保留大量水(可高達其自身重量的2000倍)，但并不會溶于水，所以水凝膠通?？雌饋砣彳洕駶?。聚合物鏈上有大量的親水性官能團，這些基團自身或彼此能產生弱物理相互作用，產生分子間或分子內氫鍵，使得大量的溶劑水可以被吸附在網絡中。聚合物鏈上的負電性基團能夠高效地俘獲金屬離子，從而使水凝膠材料與離子之間產生良好的相互作用。這種相互作用使得水凝膠電解質具有與水性電解液相近的離子電導率。此外，聚合物網絡鏈之間的交聯增強了水凝膠電解質的抗溶解性，使其在宏觀尺寸上表現出固體的尺寸穩定性和可加工性。同時，聚合物鏈基底的選擇不同及構筑方式的差異，使得水凝膠電解質結構可調且性能可設計，從而滿足定向需求的柔性鋅離子電池。

針對固態電池相關的技術、材料、市場及產業等方面的問題，中國粉體網將于2025年3月18-19日在安徽·蚌埠舉辦2025全固態電池技術交流大會暨第一屆干法電極技術研討會。為致力于固態電池技術開發的企業，科研院校，以及新能源汽車、儲能、消費電子等終端企業提供信息交流的平臺，開展產、學、研合作，助推固態電池產業化發展。屆時，來自中國科學院上海應用物理研究所的李吉豪研究員將作題為《固態電池電解質的輻射制備及性能研究》的報告。

本研究利用輻射技術制備一系列高分子水凝膠固體電解質，并應用于鋅離子電池。以特定高分子材料為基體，經輻射引發交聯反應并摻雜鋅鹽制得電解質。采用多種表征手段分析，結果顯示該電解質具良好親水性與機械性能，其獨特網絡結構使離子電導率提高，有效促進鋅離子傳輸。在電池應用中，于鋅金屬負極形成穩定界面層，顯著抑制枝晶生長，經多次循環后容量保持率較高，展現出輻射技術在提升鋅離子電池性能方面的巨大潛力與應用前景。

專家介紹：

李吉豪，理學博士，中科院上海應用物理所研究員，碩導，輻射化學與應用課題組組長。在國際期刊發表論文60余篇，授權發明專利10余項。上海市科普協會青年專家，中國核學會輻射應用分會理事，全國絕緣材料標委會熱縮分委會委員，上海核學會第二屆“楊福家核科技科學普及獎”獲得者。主要從事新能源新材料研究，輻射技術研究與應用。

參考來源：

蔣海青、李吉豪等《鈷源與加速器輻照效應及輻照加工試驗綜合平臺》

章煒等《柔性鋅離子電池水凝膠電解質研究進展》

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