尽管水系锌离子混合微型超级电容器（ZHMSCs）的互补电荷存储机制具有令人印象深刻的优点，但解决锌负极的枝晶和寄生反应问题仍然是一个挑战。在此，通过工程两性离子 P(AM-co-SBMA) 水凝胶电解质 (PASHE)提出了一种促进Zn2+传输和水合Zn2+去溶剂化的动力学策略，用于高度可逆的 Zn 电镀/剥离。机械坚固和化学锚定的 PASHE 具有两性离子基团，用于构建离子迁移通道和固定水分子，从而加速 Zn2+迁移以获得超高转移数（0.84）并减轻与水有关的寄生反应。理论计算结合实验结果表明，磺基甜菜碱磺酸盐阴离子赋予 PASHE 改进的去溶剂化动力学和协调电解质-电极界面处Zn2+通量和电场分布的能力。因此，锌负极表现出优异的电化学性能，包括在 Zn|PASHE|Cu 电池中 99.4% 的高平均库仑效率以及 2000 mAh cm-2 (20 mA cm-2 , 1 mAh cm-2 ) 和深度的高累积容量放电 80.9% (20 mA cm-2 , 10 mAh cm-2) 在 Zn|PASHE|Zn 细胞中。此外，基于PASHE 的 ZHMSCs 为储能应用提供了出色的灵活性和可循环性。这项工作为水凝胶电解质工程提供了有用的见解，以开发高性能锌负极和衍生的储能装置。
图文简介
a) PASHE的制备、交联结构和离子迁移通道示意图。b) FTIR 光谱，c) N、O、F、S 和 Zn 的 SEM 图像和元素图，以及 d) 冻干 PASHE 的高分辨率 S 2p、C 1s 和 N 1s XPS 光谱。
a) 拉伸应力-应变曲线和 b) PASHE 和 PAMHE 的拉伸强度、断裂伸长率和断裂能的相应比较。c) 压缩前后 PASHE 和 PSBMAHE 的照片。d) PASHE 的压缩曲线。e) 附着力测量示意图和 f) PASHE 在锌箔、不锈钢和 PTFE 膜上的剪切附着强度。
a) PASHE、PAMHE 和 PSBMAHE 的奈奎斯特图。b) 具有 Zn 电极和 PASHE 的对称电池在 10 mV 的施加电压下极化前后的奈奎斯特图和 c) 相应的I - t曲线。d) 使用 LE、PAMHE 和 PASHE 对对称电池进行电镀过程中 Zn 沉积的原位光学图像。e) LSV 曲线和 f) LE、PAMHE 和 PASHE 的线性极化曲线。
a) Zn|LE|Cu、Zn|PAMHE|Cu 和 Zn|PASHE|Cu 电池在 4 mA cm-2的电流密度和 0.5 V 的截止电压下的 CE。b) Zn 的相应 GCD 曲线|PASHE|铜电池。c) Zn|LE|Zn、Zn|PAMHE|Zn 和 Zn|PASHE|Zn 电池在 2 mA cm-2和 2 mAh cm-2下的 Zn 电镀/剥离电压曲线。在 d) LE、e) PAMHE 和 f) PASHE 中循环的锌箔的 SEM 图像。（插图是相应的光学图像。） g）不同电流密度下 Zn|LE|Zn、Zn|PAMHE|Zn 和 Zn|PASHE|Zn 电池的电压曲线。h) Zn|PASHE|Zn 电池在 20 mA cm-2和 10 mAh cm-2下的长期循环性能. i）这项工作与以前的水凝胶电解质工程报告之间对称电池的累积容量比较。
柔性Zn|PASHE|AC ZHMSC器件的性能和应用。a) 制造工艺示意图，b) 倍率性能，以及 c) 器件的循环稳定性和 CE。d) 单个、两个串联和三个串联器件的 CV 曲线。e) 单个器件在各种弯曲状态下的 CV 曲线。f) 分别由单个和两个串联设备供电的电致发光手镯和电子手表的照片。g) 基于 PASHE 的传感器的示意性微电路和相关电阻变化。
论文信息
论文题目：Kinetics-Boosted Effect Enabled by Zwitterionic Hydrogel Electrolyte for Highly Reversible Zinc Anode in Zinc-Ion Hybrid Micro-Supercapacitors
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