多孔框架限域聚合物电解质合成技术助力极寒环境锌离子电池开发

为解决固态锌离子电池(ZSSBs)在低温下因固态聚合物电解质(SPE)离子电导率低、易结晶导致的性能衰减问题，研究人员通过磺化多孔芳香框架(SPAFs)原位聚合2-乙基-2-恶唑啉(EtOx)，构建了具有连续离子传输通道的SPAF-PEtOx(SPP)复合电解质。该材料在-40°C下展现8倍于对照组的离子电导率(5.04×10?4 S cm?1)，Zn||V2O5全电池在极端环境下循环1000次无衰减，为极地科考等特殊场景提供新型能源解决方案。

　　

在突破锌离子固态电池(ZSSBs)低温性能瓶颈的研究中，科学家们巧妙地将2-乙基-2-恶唑啉(EtOx)单体在磺化多孔芳香框架(SPAFs)中进行原位聚合。这些多孔框架不仅作为大分子引发剂(macroinitiators)，更成为纳米级反应器(nanoconfined reactors)，生成的聚(2-乙基-2-恶唑啉)(PEtOx)链通过强非共价作用与SPAFs组装，形成具有连续离子通道的SPAF-PEtOx(SPP)复合材料。

该设计的精妙之处在于：框架上的磺酸基团(-SO₃^?)像"分子锚"般固定锌离子(Zn²⁺)，而限域环境中的PEtOx链则调控溶剂化动力学，显著降低Zn²⁺迁移能垒。当将SPP嵌入聚偏氟乙烯(PVDF)基体形成SPP@PVDF电解质时，其室温离子电导率达5.04×10^?4 S cm^?1，电化学窗口拓宽至2.74V。更令人振奋的是，在-40°C的极寒条件下，其离子电导率仍比传统SPAF@PVDF高出8倍。

基于该电解质的锌对称电池(Zn || Zn)实现了3000小时以上的稳定锌沉积/剥离，而锌钒电池(Zn || V₂O₅)在-40°C循环1000次后容量毫无衰减。这项研究通过分子工程策略，为极端环境能源设备提供了革命性的电解质设计方案。