作者

周杨帆，袁伟*，武旭扬*，刘卿，张晓清，高腾珈，王沛，李纯，张冠华，曾玉彬，汤勇

机构

华南理工大学、湖南大学、武汉大学、深圳大学

Citation

Zhou Y F et al. 2026. Precise regulation of zinc-anode interface stresses by digital-light-processed gel polymer electrolytes for ultralong-life zinc batteries. Int. J. Extrem. Manuf. 8 015507.

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https://doi.org/10.1088/2631-7990/ae0383

撰稿 | 文章作者

文章导读

准固态锌离子电池服役过程中，锌负极枝晶生长会引发界面挤压及空间形变，导致锌负极-凝胶电解质界面（AEI）难以实现稳定接触，这是引发电池失效的主要原因。传统光固化、热固化方法制备的凝胶电解质存在微观孔隙分布不均、宏观尺寸不可控等问题，导致实际装配过程中AEI接触不稳定且界面应力难以精准调控，这成为制约准固态锌离子电池锌负极界面稳定性的关键挑战。

近期，华南理工大学袁伟教授团队提出了一种基于数字光处理（DLP）3D打印的凝胶电解质跨尺度结构可控制造方法，通过微观孔隙与宏观厚度的精准制造实现界面应力的精准调控，显著提升了锌离子电池的服役寿命与稳定性。相关研究工作，以“Precise regulation of zinc-anode interface stresses by digital-light-processed gel polymer electrolytes for ultralong-life zinc batteries”为题，发表在《极端制造》（International Journal of Extreme Manufacturing, IJEM）期刊上。

图1 界面应力调节及与GPE-DLP可控制造示意图。

图文解析

创新研究1：技术突破-凝胶电解质跨尺度结构可控制造

本文提出了一种基于DLP 3D打印技术的凝胶电解质（GPE-DLP）制造方法，采用逐层固化（单层厚度20 μm）的加工方式，实现了微观孔隙与宏观尺寸的精准可控。这种跨尺度结构可控的电解质展现出优异的保水性、离子电导率及机械性能。

图2 GPE-DLP的形貌、物相表征及机械性能测试。

创新研究2：理论突破-建立界面应力与锌负极性能的关联机制

本文搭建了界面应力-电化学性能同步测试平台，厘清了电解质厚度与界面应力、粒子传输及反应动力学的映射关系，明确了AEI稳定运行的最佳电解质尺寸及应力范围。通过原位/非原位形貌演变表征，证明在适当的界面应力下，锌负极可以保持均匀稳定的沉积结构。

进一步将不同界面应力下锌负极表面应变能密度与经典巴特勒-福尔默方程耦合，揭示了不同界面应力下锌沉积形貌演变、离子浓度及电场强度分布规律，证明了适当的界面应力可以驱动均匀稳定的锌沉积。

图3 界面应力-电化学性能同步测试。

图4 不同界面应力下锌沉积形貌及反应机制。

创新研究3：性能突破-超长循环寿命、超高稳定性锌离子电池

通过精准控制凝胶电解质厚度可实现界面应力的可控调节。在界面应力的精准调控下，Zn||Zn对称电池循环寿命超2000小时，Zn||V₂O₅全电池经8000次超长循环后容量保持率达91.72%，且可在-10℃/60℃极端温度下稳定运行。

图5 对称电池性能。

图6 全电池性能。

总结与展望

本文提出通过凝胶电解质跨尺度结构精准制造实现锌负极界面应力精准调控的新方法，揭示了电解质结构与界面应力、锌沉积形貌及电化学性能的构效关系，明确了电池稳定运行的最佳应力范围。在界面应力精准调控下，锌离子电池实现了超长循环寿命与超高稳定性，并在极端温度下展现优异性能。

作者简介

袁伟，华南理工大学

袁伟，华南理工大学二级教授、博士生导师，机械制造及其自动化学科方向带头人，功能结构与器件高性能制造研究中心主任，“先进电动汽车电源与热控系统”广东省工程技术研究中心主任。国家万人计划领军人才、国家优秀青年科学基金获得者、国家重点研发计划首席科学家。主要研究方向为绿色能源及新型储能器件的先进制造技术、系统装备及应用。主持国家、省部级科研项目30余项，发表SCI索引论文150余篇，授权发明专利40余件，获国家科技进步二等奖、广东省自然科学一等奖、中国专利优秀奖、教育部霍英东青年科学奖等成果奖励。

武旭扬，华南理工大学

武旭扬，华南理工大学博士/博士后，助理研究员。研究方向为金属负极应力-结构-电化学耦合机制及高性能制造。目前，在Advanced Energy Materials、Advanced Functional Materials、International Journal of Extreme Manufacturing、Composites Part B等国际顶级期刊发表高水平学术论文多篇。

周杨帆，华南理工大学

第一作者：周杨帆，华南理工大学硕士研究生。研究方向为聚合物凝胶电解质的3D打印制造。已在Advanced Energy Materials、International Journal of Extreme Manufacturing等国际高水平期刊发表相关论文数篇。