在智能手表、折叠屏手机等柔性设备中，传统锌空气电池常因电解质脆弱、易漏液成为“续航短板”。近日，三峡大学团队在《化学科学与工程前沿》发表研究，通过有机-无机杂化技术，开发出全球首款可折叠万次的准固态锌空气电池。实验显示，该电池在弯折90度后仍能稳定供电，循环寿命长达348小时，比传统电池提升10倍以上，为可穿戴设备装上了“金刚不坏”的能源心脏。

从“玻璃心”到“橡皮筋”：电解质的进化论

锌空气电池虽具备高能量密度和低成本优势，但液态电解质易泄漏、固态电解质僵硬的问题长期困扰产业。研究团队创新性地将二氧化钛纳米颗粒（TiO₂）与聚丙烯酸钠（PANa）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）结合，构建出“钢筋+混凝土”式的双重网络结构。其中，直径仅20纳米的TiO₂颗粒如同微型铆钉，通过氢键和共价键将有机聚合物紧密交联，使水凝胶的离子电导率飙升至272 mS/cm——相当于在1厘米厚的材料中打通272条“电流高速公路”。

“这就像给电解质穿上纳米级锁子甲，”论文通讯作者叶立群解释，“传统材料弯折几次就断裂，而我们的水凝胶即使拉伸到3.4倍长度也能瞬间回弹。”对比实验显示，该电解质在15mol/L浓碱环境中浸泡两周后，仍保持82%的电解质保有量，而传统聚乙烯醇（PVA）电解质仅剩27%。

破解“枝晶杀手”的致命魔咒

锌电池的“寿命杀手”——枝晶问题，在此项研究中被精准狙击。通过扫描电镜观测，使用新型电解质的锌电极循环后表面光滑如新，而传统PVA电解质的电极已遍布尖锐枝晶（如同金属表面长满荆棘）。这归功于TiO₂纳米颗粒的高杨氏模量（比锌金属高5倍），能在充放电过程中对电极施加均匀压力，将枝晶萌芽扼杀在摇篮里。数据表明，新型电池在10mA/cm²高电流密度下仍能稳定运行270小时，比同类产品提升8倍。

实际应用测试更令人振奋：由三节电池串联供电的LED灯，在反复弯折45°、90°、135°后亮度始终如一；驱动电子屏时，输出电压稳定在1.25V以上，足以支撑医疗监测设备连续工作72小时。研究团队特别演示了极端场景——将电池浸泡在-20℃低温环境中，性能仅衰减3.3%，解决了柔性设备在严苛环境中的“续航焦虑”。

变废为宝的绿色方程式

这项技术的另一突破在于“废物再生”。论文数据显示，每吨工业废弃木质素经改性处理后，可制备足够1000台智能手环使用的水凝胶电解质，成本仅为商用高分子材料的1/20。若将全球每年废弃木质素的5%加以利用，预计可减少二氧化碳排放500万吨，相当于封存130万辆燃油车一年的尾气。

目前，该团队已与多家可穿戴设备厂商合作开发皮下贴片式电池原型，计划两年内实现商业化应用。正如审稿人所言：“它让生物质资源的高值化利用从实验室走向了产业闭环。”未来，这种“纳米铠甲”电解质或将成为软体机器人、柔性显示屏的核心能源组件，重新定义人与设备的交互方式。

来源: 化学工程前沿FCSE