（1）半固态水凝胶电解质及其在高拉伸锌空气电池中的应用研究
区别于以往的聚合物双网络材料构筑策略，本课题组将非共价键自组装的鸟苷基超分子网络引入到共价交联的聚合物网络中，设计构筑了系列超分子-聚合物双网络水凝胶，并开发了其在高拉伸柔性可穿戴锌空气电池中的应用（图1）。该类水凝胶具有超高的拉伸性（伸长率>1600%）、导电性（571.1 mS cm–1）和优异的界面粘附性。以超分子-聚合物双网络水凝胶为半固态电解质所制备的Zn-air电池具有超高的器件级拉伸率（单轴拉伸>1000%，全向拉伸>1000%）、优异的防水性能、高的功率密度和稳定的长循环寿命。串联后的一维纤维状锌空气电池可以便捷地编织在柔性织物上并给智能手机持续充电，显示出优异的可穿戴性能（图1）。
图1 半固态水凝胶电解质及其在柔性高拉伸、宽温域锌空气电池中应用研究结果示例
（2）半固态低共熔凝胶电解质及其在全低共熔凝胶软电池、可穿戴应变传感器等领域的应用研究
在上述水凝胶电解质研究工作的基础上，我们进一步将超分子-聚合物双网络的材料设计理念由水体系拓展到低共熔溶剂体系，构筑了系列集优异力学、电学、环境适应性和界面粘附性于一体的超分子-聚合物双网络低共熔凝胶电解质，并开发了其在能源存储器件、可穿戴应变传感器等领域的研究（图2）。基于此类电解质所构筑的全低共熔凝胶软电池具有优异的全向本征拉伸性(>1000%面积应变)、全电池自发自愈性以及高低温耐受性(−20°C ~ 60°C)。不仅如此，该电池还具有优异的用户可定制性，可根据需求构筑任意形状的三维电池，为未来可穿戴技术和嵌入式能源技术的发展提供了良好的材料平台。
图2 半固态低共熔凝胶电解质及其在全低共熔凝胶软电池、可穿戴应变传感器等领域的应用研究结果示例
（3）基于双相非对称凝胶电解质的高比能/长寿命/宽温域极速快充无膜解耦电池新体系
大规模智能电网、电动汽车等领域的高速发展推动着对极速快充（XFC）电池技术迫切和挑战性的要求。以国内外2023年针对快充电池最新目标为标准，没有现有技术可以同时满足实用化XFC电池对充电时间、能量密度、循环寿命、工作温度、安全性和成本的综合要求。本课题组未来的研究目标是突破传统水系、有机系和离子液体电解质材料体系和嵌插型XFC电池化学，利用不对称化学创制具有异质门控效应的双相非对称凝胶电解质，研发基于转化机制的的高比能、长寿命、宽温域XFC、本征高安全且低成本的丰产元素基无膜解耦XFC电池新体系，实现≥20 Ah大容量单体电芯超低温极速快充、超万次稳定循环的性能突破。聚焦此类XFC电池化学的能质传递与转化规律，揭示双相非对称凝胶电解中的离子选择性跨界面传输机理以及电极/电解质界面微观结构和动态演变规律。相关进展和突破有望建立超越传统的XFC电池体系和有关理论，为下一代电池创新发展提供科学支撑。
图3 本研究方向未来研究规划