軟電子技術(shù)的最新發(fā)展促進了高變形、可拉伸以及能在寬溫度范圍內(nèi)工作的能源供應(yīng)裝置的設(shè)計和制造。具有高透明度和可調(diào)機械性能的水凝膠離子導(dǎo)體/電解質(zhì)是軟電子和器件的核心組件。然而，由于傳統(tǒng)水凝膠的脆弱特性，現(xiàn)有的水凝膠基電子器件，尤其是能源供應(yīng)裝置，機械強度較差，無法支持更具挑戰(zhàn)性的力學(xué)，如扭轉(zhuǎn)、拉伸、穿刺等。盡管近年來開發(fā)了堅韌的水凝膠，但由于缺乏足夠的導(dǎo)電性以進行電子通信和強大的界面特性來適應(yīng)大變形，將堅韌的水凝膠整合到具有多種功能的可拉伸電子器件中仍然是一個挑戰(zhàn)。此外，水凝膠的差耐溫性導(dǎo)致其在冷凍或干燥溫度下的導(dǎo)電性和柔性喪失，這將電子器件的性能限制在幾個工作周期內(nèi)。
鑒于此，鄭州輕工大學(xué)劉春森教授、河南工業(yè)大學(xué)Jingjing Li教授設(shè)計了一種具有小分子基超分子聚合物雙網(wǎng)絡(luò)（SPDN）結(jié)構(gòu)的高可拉伸和耐溫水基水凝膠電解質(zhì)。基于濃 KOH 水溶液，開發(fā)的SP-DN水凝膠電解質(zhì)由一系列鳥苷G-四聚體與聚丙烯酰胺（PAAm）網(wǎng)絡(luò)互穿而成。得到的KOH（6 M）填充的SP-DN水凝膠具有超拉伸性（>1600%）和寬溫度耐受性（從-196到100℃）、優(yōu)異的界面附著力，以及超高的低溫和高溫電導(dǎo)率（-50℃時為252.2 mS cm–1；100℃時為431.7 mS cm–1）。因此，將SP-DN水凝膠用作準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)，實現(xiàn)了高拉伸（器件級延伸率>1000%）和耐磨的鋅空電池（ZAB）。更有趣的是，無需任何特殊的預(yù)處理，制備的可拉伸ZAB具有出色的防水性和耐溫性（-50至100℃），以及高能量/功率密度和穩(wěn)定的長循環(huán)壽命。該研究為高延展性和環(huán)境適應(yīng)性儲能裝置的水基水凝膠電解質(zhì)的設(shè)計提供了一種新的選擇。1、 制備的KOH (6 M) 填充的SP-DN水凝膠表現(xiàn)出顯著增強的機械強度和拉伸性，以及對各種電極的優(yōu)異界面粘附性，這在單個超分子或聚合物水凝膠中是不存在的。2、該水凝膠具有出色的防凍能力 (–196℃)和100℃下的強大保濕能力 (>60%)，以及在室溫甚至–40、–50、–80 和 100℃下的超高導(dǎo)電率 (分別為571.1，300.1，252.2，63.2 和 431.7 mS cm–1）。3、通過使用填充KOH（6 M）的SP-DN水凝膠作為準(zhǔn)固態(tài)水電解質(zhì)，所制備的柔性ZAB變得高度可拉伸（器件級延伸率>1000%），防水，并且能夠在-50至100℃之間工作。據(jù)作者所知，這種具有獨特“半開式”電池配置的水系金屬-空氣電池從未實現(xiàn)過如此高的拉伸性、寬工作溫度范圍和高效的水穩(wěn)定性。https://doi.org/10.1039/D1EE01134K
