水凝胶中的纳米通道让锌离子快速通行，打造高性能水系电池

柔性可穿戴电子设备的快速发展，迫切需要同时具备机械柔韧性和高电化学性能的储能系统。水系锌离子电池（AZIBs）因其内在安全性、环境友好性和较高的理论容量（820 mAh/g），成为该领域的热门选择。然而，准固态聚合物电解质（QSPEs）的离子传输限制，严重制约了其在可穿戴场景中的实际应用。传统水凝胶基质（如聚乙烯醇、聚丙烯酰胺等）由于空间位阻和官能团与水合锌离子的库仑相互作用，离子电导率通常低于20 mS/cm，在大电流和低温条件下性能进一步下降。

为解决这一问题，本研究提出一种光引发原位聚合策略，制备了嵌入单壁碳纳米管（SWCNTs）的聚丙烯酰胺水凝胶（CPAM）。该设计中，SWCNTs作为离子通道，光聚合过程确保其在水凝胶中均匀分布，不仅实现了30.3 mS/cm的高离子电导率（相比传统聚丙烯酰胺提升68%），还能保护聚合物基质免受离子碰撞损伤。分子动力学模拟揭示了CPAM中的三种离子传输模式，其中碳纳米管受限通道主导离子快速迁移。

电化学性能测试表明，基于CPAM的Zn||Zn对称电池循环寿命长达7000小时；Zn|CPAM|Zn0.25V2O5全电池在40 A/g（功率密度19.2 kW/kg）的大电流下循环2000次后，容量保持率仍达80%。此外，CPAM在-15℃的低温环境中仍能稳定工作，软包电池经弯曲变形后性能波动小于3%。该研究突破了传统QSPEs在离子电导率、循环稳定性和环境适应性之间的固有矛盾，为可穿戴设备提供了兼具超快充放电、低温耐受和机械韧性的新型电解质解决方案。