锌离子电池（ZIBs）因高理论容量、安全性强、成本低廉等优势，成为新一代储能器件的研究热点。然而，其阴极材料在充放电过程中易发生结构坍塌与溶解，锌负极则面临枝晶生长、析氢反应（HER）及界面钝化等问题。传统凝胶电解质虽兼具隔膜与电解质功能，却受限于低离子电导率、环境适应性差（尤其是低温失效）以及界面副反应，严重制约了ZIBs的实际应用。

湖南工业大学陈一教授团队通过一锅法成功合成了一种深共晶溶剂/离子液体复合凝胶（PDEM），解决了上述难题。该凝胶利用深共晶溶剂（DES）、离子液体（EMIMBF₄）与聚丙烯酰胺（PAM）基质间的动态氢键与离子相互作用，显著抑制自由水活性，赋予PDEM超凡性能：拉伸形变高达2500%、抗冻温度达-49°C。基于PDEM组装的锌离子电池在-20°C极端环境下仍稳定运行，对称电池循环寿命突破1003小时（2.0 mA cm⁻²）。同时，其在柔性传感领域也表现卓越，为下一代固态电解质设计开辟新路径。

凝胶设计与基础性能

PDEM由PAM基质、DES（Zn(ClO₄)₂/乙二醇）及离子液体EMIMBF₄复合而成（图1）。FTIR光谱（图2a-b）显示，EMIMBF₄的引入使-NH键特征峰蓝移、-OH峰红移，表明其强电负性调控了氢键网络。DSC测试（图2c）证实PDEM凝固点低至-49.8°C，远优于对照组（PAZ: -32.1°C；PDS: -45.3°C）。在-40°C环境中放置2小时后，PDEM仍保持透明与柔性（图2d），而PAZ完全冻结。拉曼光谱（图2e-h）进一步揭示EMIMBF₄破坏自由水分子间氢键，形成新型O-H-F网络，增强抗冻性。SEM图像（图2i-k）显示PDEM截面结构更均匀，元素分布（图2l）证实各组分稳定分散，为电化学稳定性奠定基础。

图1.凝胶电解质的制备与性能优势示意图 图中展示： 通过氢键相互作用（高低作用力区域）、离子液体（EMIMBF₄）和深共晶溶剂（DES）调控Zn²⁺溶剂化结构 关键组分：乙二醇（EG）、Zn(ClO₄)₂、丙烯酰胺（AM）、交联剂（MBA） 输出应用：抗冻柔性电池（带粘附界面）和柔性传感器 

图2.PAZ、PDS与PDEM凝胶电解质性能对比 a) 傅里叶红外光谱曲线 b) 局部放大细节（-NH与-OH键位移） c) 差示扫描量热（DSC）曲线 d) 25°C与-40°C放置2小时后的凝胶状态照片 e-g) 拉曼光谱（3000-3800 cm⁻¹范围）：e) PAZ, f) PDS, g) PDEM h) 结合水与自由水的比例 i-k) 扫描电镜（SEM）图像：i) PAZ, j) PDS, k) PDEM l) PDEM中氟（F）和氯（Cl）元素分布 

力学与粘附性能

PDEM展现出惊人的机械性能：含0.9 mL EMIMBF₄时，断裂伸长率达2500%（应力20.1 kPa）（图3e）。循环拉伸测试中（图3g-j），PDEM在1200%形变下能量损耗仅48.56 kJ m⁻³，滞后率14%，远低于对照组。其压缩强度随DES与离子液体含量增加而提升，PD₁.₅EM₀.₉可达181.32 kPa（图3l）。粘附性能方面（图4a-f），PDEM紧密贴合铝、铜、锌、钢材及猪皮，剪切强度达锌箔16.7 kPa、猪皮24.2 kPa。即便水流冲刷（图4h），其与生物组织的粘附仍稳定，归功于机械互锁界面与自修复能力（图4g）。

图3.复合凝胶电解质力学性能测试 a) PD₁.₅EM₀.₆的外观与扭曲状态 b) 拉伸示意图 c) 抗冲击演示 d) 提举100g重物 e) 不同DES/EMIMBF₄添加量的应力-应变曲线 f) 凝胶韧性与弹性模量 g) PD₁.₅EM₀.₆在100–1200%应变下的循环拉伸曲线 h) PD₁.₅S在同等条件下的循环拉伸曲线 i) PD₁.₅EM₀.₆在30–600%应变下的循环拉伸 j-k) PD₁.₅EM₀.₆在800% (j) 和100% (k) 应变下的循环拉伸 l) 不同组分凝胶的压缩性能 m) PD₁.₅EM₀.₆在60%应变下50次循环压缩的应力-应变曲线 

图4.PDEM粘附性能 a) 在不同基底（铝、铜、锌、钢）上的粘附状态 b) PAZ/PDS/PDEM与锌箔界面的3D景深图像 c) PDEM在不同基底上的搭接剪切曲线 d) 粘附于猪皮表面的扭曲与褶皱测试 e) PDEM与猪皮的搭接剪切曲线 f) 指尖剥离时的拉丝现象 g) 自愈合性能测试（切割后重组） h) 水流冲洗下在猪皮及人体皮肤的粘附稳定性 i) PDEM与猪皮的粘附机制示意图 

电化学与传感应用

PDEM离子电导率高达31.74 mS cm⁻¹（图5a），源于EMIMBF₄降低凝胶粘度并促进离子传输。基于此的柔性应变传感器（图5c-h）可精准监测手指弯曲、手腕转动及头部活动，应变系数（GF）达1.15。在电池应用中（图6a-f），Zn||PDEM||VO₂全电池在0.1 A g⁻¹下放电容量达340.4 mAh g⁻¹，1000次循环后容量保持率92.7%。Zn²⁺迁移数提升至0.915（图6d），为传统电解质的近两倍。低温测试（图6l-n）显示，-20°C下PDEM电导率保持5.26 mS cm⁻¹，全电池稳定循环745次。理论计算（图6j-k）揭示ClO₄⁻和BF₄⁻通过取代[Zn(H₂O)₆]²⁺中的水分子，形成“贫水”溶剂化结构，有效抑制析氢与枝晶生长。

图5.凝胶离子电导率与柔性传感器应用 a) DES/EMIMBF₄添加量对离子电导率的影响 b) PDEM与其他PAM基凝胶的离子电导率/拉伸应变对比 c) PDEM凝胶的应变系数（GF值） d-h) PDEM传感器在人体运动监测中的动态响应： d) 食指不同弯曲角度 e) 手腕弯曲 f) 肘部弯曲 g) 头部左右转动 h) 传感器在人体部位布置示意图 i) 不同拉伸应变下的动态响应 j) 阶梯应变下的信号稳定性 

图6.全电池与电化学性能 a) Zn||VO₂全电池的恒电流充放电曲线（0.1/1.0 A g⁻¹） b) 1.0 A g⁻¹下的长循环性能 c) 倍率性能 d) PDEM的Zn²⁺迁移数 e) 第20次/100次循环后的电化学阻抗谱 f) 静置24小时后的自放电曲线 g) Zn||Zn对称电池的塔菲尔曲线 h) Zn||PDEM||VO₂全电池不同扫速下的循环伏安曲线 i) PDEM内部分子运动机制示意图 j) 静电势（ESP）计算结果 k) 结合能计算结果 l) -20°C下离子电导率 m) Zn||VO₂全电池在不同温度下的性能 n) -20°C/1.0 A g⁻¹下的长循环测试 

电池性能验证

Zn||PDEM||Zn对称电池在2 mA cm⁻²下循环1003小时（图7d），10 mA cm⁻²高电流密度下仍稳定运行（图7c）。SEM与XRD分析（图7f-g）证实PDEM诱导Zn²⁺沿(002)晶面均匀沉积，抑制枝晶。柔性电池Zn||PDEM||VO₂@CC可为手机充电（图7j），剪切与弯曲后库仑效率仍达98%（图7l），在-20°C下输出容量160 mAh g⁻¹（图7k）。

图7.对称电池/半电池/柔性电池性能验证 a) 锌枝晶生长/HER形成与Zn²⁺均匀沉积对比示意图 b) Zn||Zn对称电池的倍率性能（1–5 mA cm⁻², 1 mAh cm⁻²） c) 10 mA cm⁻²/10 mAh cm⁻²下的长循环 d) 2 mA cm⁻²/1 mAh cm⁻²下的循环寿命 e) PDEM与其他PAM基凝胶在对称电池中的性能对比 f) 循环300小时后锌负极的SEM图像 g) 锌负极的非原位XRD图谱 h) Zn||Cu半电池不同循环次数的容量-电压曲线 i) Zn||Cu半电池在1 mA cm⁻²下的容量保持率 j) Zn||PDEM||VO₂@CC柔性电池为手机充电演示 k) 不同温度下柔性电池的循环性能（插图为组装示意图） l) 剪切/弯曲后的库仑效率（CE）

总结与展望

PDEM凝胶通过动态氢键与离子相互作用，同步实现了卓越抗冻性、超强柔韧性和高效离子传输，为锌离子电池在极端环境下的应用提供可靠解决方案。其兼具的生物相容性与传感功能，进一步拓展了在可穿戴设备与智能医疗领域的潜力。该研究为开发新一代多功能固态电解质树立了标杆，有望推动柔性电子与绿色能源存储技术的革新。