水系锌离子电池由于其高安全性、低成本及锌金属的高储存量被认为是商业锂离子电池的理想替代品。但是，目前大多数水系锌电正极材料在电化学过程中结构不稳定，导电性差，尤其低温下离子迁移速率慢，导致电化学性能不够理想。因此，开发在宽温度范围内高循环稳定及高倍率性能的正极是当前水系锌离子电池研究的重点。具有长π-电子共轭结构的聚苯胺（PANI）正极在锌离子电池中具有优异的电子和离子迁移率。然而，严重的脱质子化问题阻碍了PANI在循环过程中的氧化还原反应动力学，并导致循环比容量迅速衰减。另外，锌金属负极上枝晶及副反应问题也限制了锌离子电池的进一步发展。因此，探索一种简单的策略协同地实现Zn/PANI电池在宽温域的高电化学性能具有重要意义。

  东华大学焦玉聪研究员前期围绕调控电解质结构以提高锌离子电池性能领域已经开展了一些工作：基于Hofmeister效应调控水凝胶、锌盐及水分子三者之间的氢键，有效改善了凝胶电解质在低温下的力学性能和离子电导率，并显著提高了电化学性能（Adv. Mater. 2022, 34, 2110140）；通过凝胶电解质上带电功能官能团调控Zn2+沉积行为，成功诱导其沿002晶面沉积，有效抑制了枝晶及副反应（Adv. Sci. 2022, 9, 2104832）；将DMSO作为电解液添加剂调控水分子间氢键及锌离子溶剂化结构，改善锌离子沉积动力学，在较宽温度范围内表现出良好的电化学性能（Small 2021, 17, 2103195）；将自适应粘塑性的纤维素基凝胶电解质用于优化电极与电解质界面，促进电极与电解质界面之间形成“互锁”结构，并通过电解质上的官能团进一步优化了锌离子的溶剂化结构，引导锌离子同质外延沉积行为（Nano Res. 2022, 15, 2030）。

  近期，东华大学化学与化工学院武培怡/焦玉聪团队基于聚合物酸稳定性较高且可以在电化学过程中缓慢电离的特性，，设计了聚合物酸的双网络凝胶电解质(PAGE): poly (2-acrylamide-2-methyl-1-propanesulfonic acid co-acrylamide), poly (AMPS co-AM))，并以3 M Zn(ClO4)2作为电解质盐。研究发现PAGE上磺酸官能团不仅可以在电化学过程中提供缓慢的质子电离，持续助力PANI的氧化还原反应动力学和双离子电荷存储过程，还可以引导Zn2+沿002晶面沉积以抑制枝晶及副反应。同时，3 M Zn(ClO4)2增强了抗冻性能。基于该电解质组装的Zn/PANI电池在室温下可以稳定循环超过30,000次。即使在-35℃，使用PAGE组装的Zn/Zn电池可以稳定运行超过1,500 h，Zn/PANI电池稳定运行超过70,000次，并提供79.6 mA h g-1的高容量，展现了优异的Zn枝晶抑制能力和维持PANI长期循环稳定的能力。 

图1 PAGE增强Zn/PANI电池性能示意图、PAGE力学性能及抗冻性能研究

  作者通过溶胀增强的策略制备了双网络水凝胶。由于其双网络稳定结构，该凝胶在典型的chaotropic ClO4- 锌盐中表现中高的抗溶胀性能，优异的力学性能及柔性。红外谱图显示，PAGE中水分子间的强氢键被显著破坏，相关的官能团表现出明显的位移，有利于该电解质在宽温度范围内展现出高的离子电导率：在25 ℃和-35 ℃离子电导率分别为59.9 mS cm-1 和14.2 mS cm-1。 

图2 基于PAGE组装的Zn/PANI电池在25 ℃电化学性能

  基于PAGE组装的Zn/PANI电池在25℃展现出优异的倍率性能和高的比容量，说明PAGE有利于PANI快速的氧化还原动力学。长循环性能测试表明基于PAGE的电池在3A g-1 下可以稳定运行超过1,000循环，并提供136.3 mA h g-1的高容量。在15 A g-1的电流密度下，该电解质可以助力Zn/PANI电池展现出超过30,000次的循环寿命，并保持74.4%的高容量保持率。 

图3氧化还原反应动力学研究