强韧大豆蛋白-明胶凝胶电解质的制备及其应用OA
Preparation and Applications of Soybean Protein-Gelatin Tough Gel Electrolyte
以大豆蛋白(SPI)和明胶(GL)为原料,通过醋酸锌(ZnAc2)引发的 Hofmeister 效应实现协同结构调控:一方面诱导 SPI 颗粒形成致密团簇,另一方面驱动 GL 大分子盐析并自组装形成疏水结构域.基于此双重组装机制,成功构建了兼具均匀疏水缠结网络与氢键交联网络的多级复合结构的强韧 SPI-GL 凝胶电解质.结构和性能分析结果表明:当 SPI 质量为0.4 g、GL 质量为2g 时制备的 SPI-GL-0.4 凝胶电解质性能最优,拉伸强度0.99 MPa、断裂伸长率504%、撕裂能5 447.59 J/m2.另外,Hofmeister 效应中引入的无机盐离子与水分子的水合作用,赋予凝胶电解质良好的抗冻性能,-40℃时仍具有较高的离子电导率(4.60 mS/cm).同时,SPI-GL-0.4 凝胶电解质表现出对Zn 金属良好的黏附性能(剪切强度540.66 kPa、界面黏附韧性129.4 J/m2),实现了与 Zn 金属良好的界面相容性,在100 h的循环过程中所组装的 Zn|SPI-GL-0.4|Zn 对称电池的过电位保持稳定.利用该凝胶电解质所组装成的锌离子混合电容器展现了出色的电化学性能(25℃时电容量达130.1 mA·h/g),在低温下仍具稳定的电容行为,Zn|SPI-GL-0.4|AC 混合电容器在1 A/g 电流密度下,-40℃时的电容量、能量密度和功率密度分别为22.1 mA·h/g、21 W·h/kg 和326.8 W/kg.
Using soy protein isolate(SPI)and gelatin(GL)as raw materials,the Hofmeister effect triggered by zinc acetate(ZnAc2)was employed to achieve synergistic structural regulation,i.e.,inducing the formation of dense clusters of SPI particles as well as driving the salting-out and self-assembly of GL macromolecules into hydrophobic domains.Based on this dual-assembly mechanism,a robust SPI-GL gel electrolyte with a hierarchical composite structure featuring with a uniformly entangled hydrophobic network and a hydrogen-bonded crosslinking network was successfully constructed.Structural and performance analyses show that the SPI-GL-0.4 gel electrolyte(prepared with 0.4 g SPI and 2 g GL)exhibits optimal properties:fracture stress of 0.99 MPa,fracture strain of 504%,and fracture energy of 5 447.59 J/m2.Moreover,the hydration between inorganic salt ions introduced by the Hofmeister effect and water molecules endows the gel electrolyte with excellent anti-freezing performance,maintaining a high ionic conductivity of 4.60 mS/cm even at-40℃.Meanwhile,the SPI-GL-0.4 gel electrolyte demonstrates good adhesion to Zn metal(shear strength of 540.66 kPa,interfacial adhesion toughness of 129.4 J/m2),achieving favorable interfacial compatibility with Zn metal.The overpotential of the assembled Zn|SPI-GL-0.4|Zn cell remains stable during 100 h of cycling.The zinc-ion hybrid capacitor assembled with this gel electrolyte exhibits outstanding electrochemical performance(capacitance of 130.1 mA·h/g at25℃)and stable capacitive behavior at low temperatures.Specifically,the Zn|SPI-GL-0.4|AC hybrid capacitor delivers a capacitance of 22.1 mA·h/g,an energy density of 21 W·h/kg,and a power density of 326.8 W/kg at-40℃under a current density of 1 A/g.
李雨羲;王梓豪;南静娅;王春鹏
中国林业科学研究院 林产化学工业研究所||江苏省生物质能源与材料重点实验室||国家林业和草原局林产化学工程重点实验室||林木生物质低碳高效利用国家工程研究中心,江苏 南京 210042||南京林业大学 江苏省林业资源高效加工利用协同创新中心,江苏 南京 210037中国林业科学研究院 林产化学工业研究所||江苏省生物质能源与材料重点实验室||国家林业和草原局林产化学工程重点实验室||林木生物质低碳高效利用国家工程研究中心,江苏 南京 210042||南京林业大学 江苏省林业资源高效加工利用协同创新中心,江苏 南京 210037中国林业科学研究院 林产化学工业研究所||江苏省生物质能源与材料重点实验室||国家林业和草原局林产化学工程重点实验室||林木生物质低碳高效利用国家工程研究中心,江苏 南京 210042||南京林业大学 江苏省林业资源高效加工利用协同创新中心,江苏 南京 210037中国林业科学研究院 林产化学工业研究所||江苏省生物质能源与材料重点实验室||国家林业和草原局林产化学工程重点实验室||林木生物质低碳高效利用国家工程研究中心,江苏 南京 210042||南京林业大学 江苏省林业资源高效加工利用协同创新中心,江苏 南京 210037
化学化工
凝胶电解质界面相容性抗冻性能混合电容器
gel electrolyteinterfacial compatibilityanti-freezing propertyhybrid capacitor
《林产化学与工业》 2026 (4)
1-8,8
国家自然科学基金资助项目(32301526)江苏省自然科学基金资助项目(BK20220213)江苏省生物质能源与材料重点实验室基本科研业务费项目(JSBEM-S-202210)
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