香港城市大学支春义教授：基于聚丙烯酸钠/纤维素双网络结构水凝胶的超长拉伸锌-空气电池

虽然已经有很多可拉伸超级电容器和可拉伸电池的报道，制备超长拉伸锌-空气电池依然是一个很大的挑战。这主要是目前报道的水凝胶本身不具备超长拉伸性能（例如：PVA基电解质）或者在强碱条件下（6 M KOH），拉伸性能大幅度下降或者消失（例如：PAA, PAM等电解质）。目前报道的可拉伸锌-空气电池，使用PVA基电解质，其拉伸长度小于100%。

香港城市大学支春义教授课题组马龙涛等合成了聚丙烯酸钠/纤维素双网络结构水凝胶。其在6 M KOH 强碱条件下依然具有~1200 % 可拉伸性能。基于耐碱，可拉伸聚丙烯酸钠/纤维素双网络结构水凝胶，我们制备了800 %平面结构和500 % 纤维结构锌空气电池。

目前报道的水凝胶要么不具备很好的拉伸性能，要么虽然本身具有很好的拉伸性能，但在强碱条件下其拉伸性能破坏。我们使用的大部分电池，例如：锌-空气电池、镍-锌电池、锌-锰电池、锌-钴电池等都使用强碱性电解质。目前这些电池基本都是在液态条件下 (6 M KOH) 或者PVA 基电解质中工作。由于液态电解液电池本身不具有可穿戴特性，很难用于可穿戴电子器件。PVA 基电解质可以包含的KOH 浓度通常小于 2 M，使得电池的输出功率较小。并且，PVA 电解质可拉伸性小于100 %，其很难在可穿戴器件中广泛使用。

双网络结构水凝胶包含基体和增强体。如果基体和增强体都具备耐碱性能以及通过基体与增强体的交联作用大幅提升水凝胶的拉伸性能，我们就可以制备耐碱、可拉伸水凝胶。2018年我们课题组开发了聚丙烯酸钠水凝胶，具有很好的耐碱和保水性能，将其用于镍钴-锌电池和锌-空气电池，均表现出较好的电化学性能和很好的稳定性 (Adv. Energy Mater.,DOI:10.1002/aenm.201802288)。纤维素本身具有很好的耐碱性能，并且可以增强水凝胶的拉伸性能。因此，在本工作中，我们将纤维素引入到聚丙烯酸钠水凝胶中，制备了聚丙烯酸钠/纤维素双网络结构水凝胶，其在6 M KOH强碱条件下具有~1200 %  的拉伸性能。我们将其用于锌-空气电池，平面锌-空气电池在800 % 拉伸条件下功率密度达 210.5 mW×cm^-2.

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通讯作者：支春义副教授

香港城市大学材料科学及工程学系副教授。2004年在中科院物理所获得博士学位，期间从事BCN纳米结构的性能研究。随后到日本国立材料研究所（NIMS）从事研究工作，历任博士后研究员、ICYS研究员和主任研究员，2012年加入香港城市大学。支春义教授的研究领域包括高性能水系电池、可穿戴储能器件等。迄今发表超过230篇学术论文，他引次数超过13000次，h指数为64，专利授权70余项。支春义教授是Green Energy & Environment和Journal of Semiconductors的编委成员， Frontiers in Materials的Energy Material Section副主编。获得过北京市自然科学一等奖，NML研究者奖，香港城市大学青年研究突出奖，优秀学生导师奖及校长奖。