生物基超分子双网络凝胶电解质：协同机械强度与离子导电性助力高性能柔性锌离子电池

本文创新性地开发了一种乙醇诱导自组装的纤维素-丝素蛋白(CS-gel)超分子凝胶电解质，通过氢键(H-bond)网络与β-折叠域的协同作用，实现14.39 mS cm-1的离子电导率和1.14 MPa的拉伸强度。极性基团(-OH/-NH2/-COOH)动态调控Zn2+溶剂化结构，抑制枝晶生长并减少副反应。柔性Zn//MnO2电池在-20°C和弯曲条件下仍保持97.67%的容量保持率，为可持续高性能柔性储能器件提供了新范式。

　　

Highlight

我们通过纤维素与丝素蛋白(SF)的乙醇诱导分子组装，构建了具有超分子双网络结构的CS-gel。该材料独特的氢键(H-bond)三维网络与β-折叠微晶域相互贯穿，展现出"刚柔并济"的特性——既具备媲美工程塑料的1.14 MPa抗拉强度，又保持14.39 mS cm^-1的高离子电导率。

Design and preparation of CS-gel

采用ZnCl₂/CH₂O₂低共熔溶剂(DES)体系，在室温下实现纤维素与SF的同步溶解。这种绿色溶剂策略完美解决了异质生物大分子共溶的界面相容性问题，就像为两种性格迥异的生物聚合物打造了"分子级调和剂"。乙醇蒸汽诱导的自组装过程，使SF分子形成β-折叠"钢筋骨架"，而纤维素分子则编织出氢键交联的"离子高速路网"。

Conclusions

CS-gel中丰富的-OH/-NH₂/-COOH基团如同智能"离子交通指挥员"，能动态重构Zn²⁺溶剂化鞘层，将水系电解质的"狂野飙车"转变为有序可控的"定向导航"。这种仿生设计使柔性锌电池在1500次循环后容量保持率高达97.67%，甚至在-20°C的严寒环境下仍能稳定工作，犹如给电池穿上了"自加热羽绒服"。