在全球“双碳”战略深入推进与新型储能产业加速升级的背景下,安徽工业大学材料科学与工程学院“锌潮凝源”团队凭借自主研发的聚(丙烯酰胺-海藻酸钠-磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯)(PAM-SA-SBMA)三元双网络离子导电水凝胶电解质,成功破解传统水系锌离子电池的技术瓶颈,为高性能储能材料的产业化应用开辟了新路径。
据悉,“锌潮凝源”团队研发的PAM-SA-SBMA水凝胶电解质,通过分子工程设计实现了机械性能、界面稳定性与离子传输效率的协同优化,展现出三大核心技术优势。该团队以扎实的科研创新与高效的跨学科协作,核心材料突破:三重优势破解行业痛点 水系锌离子电池因本征安全、低成本及高理论容量,被视为规模储能的理想候选,但传统玻璃纤维隔膜/液态电解液体系长期受困于锌枝晶生长、析氢副反应与界面脆化三大难题,严重制约其商业化进程。 在结构设计上,团队创新采用“一锅法”原位构建三元双网络体系,海藻酸钠(SA)的羧酸根与锌离子形成可逆离子交联,显著提升锌负极可逆性;磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯(SBMA)的两性离子单元构建强水合壳层,有效抑制活性水析氢并提高锌离子迁移数;聚丙烯酰胺(PAM)弹性网络则赋予材料优异的高压缩强度。这种协同设计从根源上解决了传统电解质的性能短板,使电池的离子电导率、循环稳定性与低温适应性得到全面提升。
经第三方权威机构检测,该水凝胶电解质离子电导率达45 ms/cm,锌离子迁移数0.79,孔径均匀控制在25μm,在-20℃低温环境下容量保持率超80%,循环稳定运行时间突破1000小时,较传统液态体系提升一个数量级。同时,材料兼具不可燃、无泄漏、可柔性加工的特性,通过UL94-V0级安全测试,可广泛适配高层建筑储能、海岛通信基站、柔性电子设备等多场景应用需求。
图1:实验室制备PAM-SA-SBMA水凝胶电解质
该团队攻坚之路:队长领航,分工协作铸就创新合力 这一突破性成果的背后,是“锌潮凝源”团队近三年的持续攻关,更是以队长赵含玥为核心的跨学科协作体系的高效运转。作为团队的灵魂人物,来自24级无机非金属材料工程专业的赵含玥凭借丰富的科研项目经验,主持省级SRTP项目,统筹规划整个项目的技术路线与研发方向,从三元体系的构想到“一锅法”工艺的优化,全程主导关键技术决策,以精准的科研判断引领团队突破一个又一个技术难关。 为实现“材料研发-智能模拟-市场运作”的全链条创新,团队构建了科学高效的分工体系,8名核心成员各司其职、协同发力。在核心研发环节,24级无机非金属材料工程专业的李雨微与金属材料工程专业的卢俊秀专注于材料制备与性能迭代,精准完成水凝胶合成与一锅法工艺优化,为技术落地提供坚实支撑;储能科学与工程专业的芦俊杰、能源与动力工程专业的李豪杰则聚焦实验数据深度挖掘,建立性能预测模型,为材料优化提供量化依据;通信工程专业的王慧玉将模拟建模成果转化为产品改进方案,助力跨环节技术衔接;市场营销专业的马语萱深耕市场调研,为材料性能指标设定提供商业化视角,同时统筹财政预算与项目推进规划;25级储能科学与工程专业的谢静仪则专注于电解液添加剂研究,为拓宽材料工作温域贡献关键力量。 在柳东明教授、李俊哲副教授等指导教师的悉心指导下,团队构建了“周例会制度+动态沟通机制”的协作模式,形成“材料组提出性能需求→技术组优化模拟→市场组评估前景→队长统筹决策”的闭环工作流程。这种跨专业、高效率的协作模式,使团队从2022年12月项目启动至今,实现了从基础结构设计到实验室应用验证的跨越式发展:2023年3月确定三元体系研究方向,2024年6月完成凝胶电解质在水系锌电中的稳定应用,2025年4月实现长寿命、宽温域、高韧性的综合性能突破,成功申请国家发明专利2项(已授权1项),形成全链条自主知识产权。 ## 产业应用前景:赋能绿色储能,助力“双碳”落地 该水凝胶电解质的成功研发,不仅为水系锌离子电池的性能升级提供了核心支撑,更在产业应用中展现出巨大价值。在民生安全领域,材料不可燃、无腐蚀的特性可彻底消除传统电池燃爆隐患,预计每年可减少因电池火灾造成的经济损失超10亿元;在绿色制造领域,原料均为市售大宗化学品,工艺无有机溶剂,且锌、海藻酸钠可低温回收再利用,契合循环经济发展要求;在新兴产业领域,柔性凝胶电池可与光伏背包、可穿戴医疗设备等终端集成,带动上下游产值超百亿元。 当前,团队已形成“短期切入柔性电子市场、中期拓展高性能软包电池领域、长期布局规模储能市场”的发展路径。未来,团队将进一步推动技术产业化落地,通过与上下游企业深度合作,完善“锌-回收-再制造”闭环产业链,为实现“碳达峰、碳中和”目标提供兼具安全性、经济性与可持续性的中国方案。 从实验室的反复迭代到技术成果的逐步落地,“锌潮凝源”团队以青春之力攻克技术难关,用协作精神诠释创新内涵。
这支由青年学子组成的科研团队,正以硬核的技术创新、高效的团队协作与坚定的创业信念,在新能源材料的赛道上奋勇争先,为中国新型储能产业的高质量发展注入蓬勃生机。
（来源：点财网）
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