Turn off MathJax
Article Contents
Liwei Qian, Xinyu Ma, Wenqi Song, Xiaowen Yin, Cong Li, Yingcai Wang, Sufeng Zhang, Bin Lu, Valentin Nica. Achieving Structural-Functional Synergy in Biomass Hydrogel Electrolytes for Dendrite-Free Flexible Zinc-Ion Batteries. Green Energy&Environment. doi: 10.1016/j.gee.2026.05.025
Citation: Liwei Qian, Xinyu Ma, Wenqi Song, Xiaowen Yin, Cong Li, Yingcai Wang, Sufeng Zhang, Bin Lu, Valentin Nica. Achieving Structural-Functional Synergy in Biomass Hydrogel Electrolytes for Dendrite-Free Flexible Zinc-Ion Batteries. Green Energy&Environment. doi: 10.1016/j.gee.2026.05.025

Achieving Structural-Functional Synergy in Biomass Hydrogel Electrolytes for Dendrite-Free Flexible Zinc-Ion Batteries

doi: 10.1016/j.gee.2026.05.025
  • The proliferation of flexible electronics demands energy storage devices that are inherently safe, mechanically compliant, and environmentally sustainable. Quasi-solid-state electrolytes are critical for flexible aqueous zinc-ion batteries, yet existing systems rarely integrate biomass sustainability with the requisite electrochemical stability and mechanical resilience. Here, we propose a structural-functional integration strategy to fabricate a fully biomass-based cellulose/hyaluronic acid composite hydrogel electrolyte via a green, one-step dissolution-regeneration process. In this design, hyaluronic acid serves as a multifunctional component: from a structural perspective, its flexible chains disrupt cellulose crystallinity to enhance mechanical compliance; from a functional perspective, its abundant polar groups (–COOH, –CONH–) coordinate Zn2+ to regulate ion transport and nucleation while confining water molecules to suppress interfacial side reactions. This structural-functional synergy endows the optimized hydrogel with high ionic conductivity (29.5 mS·cm-1), excellent mechanical toughness (91 kJ·m-3), and superior interfacial stability. Consequently, ZnZn symmetric cells exhibit stable plating/stripping for over 8,000 h, while ZnV2O5 full cells retain 79.6% capacity after 10,000 cycles at 1 A·g-1. Furthermore, flexible batteries maintain stable operation under mechanical deformation with capacity retention exceeding 92%. This work establishes the structural-functional integration principle as a generalizable design paradigm for high-performance, sustainable flexible zinc-ion batteries.

     

  • loading
  • [1]
    Q. Zhang, X. W. Gao, X. Liu, J. J. Mu, Q. Gu, Z. M. Liu, W. B. Luo, Battery Energy 3 (2024) 20230061.
    [2]
    X. Xiao, Z. Y. Zheng, X. W. Zhong, R. H. Gao, Z. H. Piao, M. L. Jiao, G. M. Zhou, ACS Nano 17 (2023) 1764-1802.
    [3]
    J. Xie, Y. C. Lu, Adv. Mater. 37 (2025) 2312451.
    [4]
    S. Y. Yuan, K. Ding, X. Y. Zeng, D. Bin, Y. J. Zhang, P. Dong, Y. G. Wang, Adv. Mater. 35 (2023) 2206228.
    [5]
    Y. W. Gong, M. Jia, Q. Yuan, B. Yang, Molecules 30 (2025) 4143.
    [6]
    Z. Wang, J. Zhu, Small 20 (2024) 2311012.
    [7]
    Q. X. Gao, J. T. Zhao, H. Xiao, J. Gao, X. Cheng, F. Li, C. Y. Song, G. Li, Small 20 (2024) 2404932.
    [8]
    M. F. Chen, J.Z. Chen, W. J. Zhou, X. Han, Y. G. Yao, C. P. Wong, Adv. Mater. 33 (2021) 2007559.
    [9]
    M. M. Han, Y. X. Ding, J. Lou, J. Wang, M. H. Yang, L. T. Shan, C. Qiu, Z. Y. Xing, Z. W. Zhao, X. D. Shi, Energy Environ. Sci. 19 (2026) 2045-2055.
    [10]
    J. H. Lu, Y. Y. Chen, Y. J. Lei, P. Jaumaux, H. Tian, G. X. Wang, Nano-Micro Lett. 17 (2025) 194.
    [11]
    Z. J. Chen, T. Y. Shen, X. Xiao, X. C. He, Y. L. Luo, Z. Jin, C. H. Li, Adv. Mater. 36 (2024) 2413268.
    [12]
    M. F. Chen, W. J. Zhou, A. R. Wang, A. X. Huang, J. Z. Chen, J. L. Xu, C. P. Wong, J. Mater. Chem. A 8 (2020) 6828-6841.
    [13]
    L. Xu, Y. Li, J. X. Fu, L. W. Shi, C. J. Li, R. G. Ma, Nanomaterials 14 (2024) 1645.
    [14]
    D. Rakhman, D. Batyrbekuly, B. Myrzakhmetov, K. Zhumagali, K. Issabek, O. Sultan-Akhmetov, N. Umirov, A. Konarov, Z. Bakenov, RSC Adv. 14 (2024) 40222-40233.
    [15]
    J. Zhao, Y. Q. Lu, Y. H. Liu, L. X. Liu, J. L. Yin, B. Z. Sun, G. L. Wang, Y. Q. Zhang, Nanomaterials 13 (2023) 380.
    [16]
    Y. Cho, J. E. Kim, M. J. Song, J. Hwang, E. Hwang, J. Kim, W. J. Song, Small Methods 9 (2025) e01161.
    [17]
    T. K. L. Nguyen, T.-N. Pham-Truong, Polymers 16 (2024) 2506.
    [18]
    Z. R. Du, N. Wang, J. Du, Polymers 17 (2025) 1089.
    [19]
    M. Mihoub, S. Hamri, M. Popa, C. E. Tincu, T. Bouchaour, L. Bedjaoui-Alachaher, U. A. Katsina, M. Muhammad, Polymers 18 (2026) 346.
    [20]
    H. D. Zhang, X. T. Gan, Y. Y. Yan, J. P. Zhou, Nano-Micro Lett. 16 (2024) 106.
    [21]
    L. Y. Yang, C. Y. Xu, L. Y. Liu, Y. W. Li, Z. M. Chen, Y. Deng, J. Zhang, Z. Y. Liu, Y. Chao, D. W. Lin, C. K. Yang, EES Batteries 1 (2025) 633-639.
    [22]
    H. Y. Zhou, Q. He, X. R. Liu, Q. Q. Jiang, D. W. Chu, Q. Wang, X. Yang, T. L Zhang, H. K. Wang, Z. L. Li, Carbohydr. Polym. 352 (2025) 123116.
    [23]
    H. Xia, T. Shui, X. T. Wan, Y. X. Chen, F. Y. Wang, C. Y. Miao, X. Cao, B. Y. G. Pan, Z. H. Pan, Q. Xie, Y. Chen, W. Zhang, Z. M. Sun, Adv. Mater. 38 (2026) e18881.
    [24]
    C. Chen, F. L. Li, Y. T. Gao, G. Li, L. T. Shan, Y. C. Pan, Y. Q. Yang, W. Chen, X. X. Liang, J. Li, Z. Y. Xing, P. Rao, Z. Y. Kang, Y. J. Hua, X. D. Shi, X. L. Tian, Adv. Energy Mater. 16 (2026) e05241.
    [25]
    G. J. Li, Z. H. Zhao, S. L. Zhang, L. Sun, M. G. Li, J. A. Yuwono, J. F. Mao, J. N. Hao, J. Vongsvivut, L. D. Xing, C. X. Zhao, Z. P. Guo, Nat. Commun. 14 (2023) 6526.
    [26]
    Y. Lin, J. Huang, S. J. Wang, L. H. Qi, W. M. Chen, L. Yu, C. J. Chen, Adv. Mater. 37 (2025) e09975.
    [27]
    R. H. Wu, R. Wang, S. P. Yang, B. T. Li, S. M. Guo, H. X. Wang, T. Wan, B. Y. Wang, K. F. Xie, P. Cheng Du, Chem. Eng. J. 530 (2026) 173528.
    [28]
    Z. C. Zhang, Y. B. Mu, L. J. Xiao, H. Y. Hu, T. Xue, L. M. Zang, E. Sakai, M. S. Han, C. Yang, L. Zeng, J. H. Qiu, Nano-Micro Lett. 18 (2026) 139.
    [29]
    J. C. Zhai, W. Zhao, L. Wang, J. B. Shuai, R. W. Chen, W. J. Ge, Y. Zong, G. J. He, X. H. Wang, Energy Environ. Sci. 18 (2025) 4241-4250.
    [30]
    F. Chen, X. Li, S. P. Chen, Y. L. Zhang, H. D. Huang, H. L. Yang, S. Y. Zhou, Z. M. Li, Adv. Sci. 12 (2025) e11759.
    [31]
    Q. Y. Ma, C. C. Yin, Z. Y. Wang, G. B. Duan, D. G. Zhao, S. H. Yang, Soft Matter 22 (2026) 119-126.
    [32]
    Z. X. Zhu, S. H. Xiong, J. Li, L. X. Wang, X. N. Tang, L. Li, Q. Sun, Y. Shi, J. J. Shao, Batteries 11 (2025) 380.
    [33]
    J. Z. Chen, M. F. Chen, H. L. Chen, M. Yang, X. Han, D. T. Ma, P. X. Zhang, C. P. Wong, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 121 (2024) e2322944121.
    [34]
    Z. Y. Zhou, S. J. Xie, H. Cai, A. N. Colli, W. Monnens, Q. C. Zhang, W. Guo, W. Zhang, N. Han, H. W. Pan, X. L. Zhang, H. Pan, Z. H. Xue, X. Zhang, Y. G. Yao, J. Zhang, J. Fransaer, Sci. Adv. 10 (2024) eado7826.
    [35]
    S. Y. Liu, D. Jiang, N. Lu, L. B. Li, Z. N. Zhang, G. D. Kang, S. Y. Wang, G. B. Wang, ACS Appl. Mater. Interfaces 17 (2025) 69449-69457.
    [36]
    Y. Y. Zhang, Y. Y. Chen, H. Ma, M. F. Chen, Q. H. Tian, J. Z. Chen, J. Colloid Interface Sci. 700 (2025) 138584.
    [37]
    A. E. Segneanu, L. E. Bejenaru, C. Bejenaru, A. Blendea, G. D. Mogosanu, A. Bita, E. R. Boia, Polymers 17 (2025) 2026.
    [38]
    P. F. Luo, L. L. Liu, W. Y. Xu, L. H. Fan, M. Nie, Carbohydr. Polym. 199 (2018) 170-177.
    [39]
    Z. H. Shi, S. L. Chen, M. Zan, L. Q. Zhang, J. M. Gong, Y. Z. Zhou, K. Mullen, F. L. Lai, T. X. Liu, Energy Environ. Sci. (2026). DOI: 10.1039/d5ee06338h.
    [40]
    J. Nemoto, K. Nakamata, Cellulose 29 (2022) 2795-2803.
    [41]
    J. M. Zhang, Q. S. Hua, J. Li, J. Yuan, T. Peijs, Z. Q. Dai, Y. S. Zhang, Z. M. Zheng, L. L. Zheng, J. Tang, ACS Omega 3 (2018) 14933-14941.
    [42]
    Y. Y. Jia, W. Jing Zhu, M. M. Zheng, M. M. Huo, C. Zhong, Plast. Rubber Compos. 47 (2018) 165-175.
    [43]
    M. D. Tong, S. J. Kuang, Q. Y. Wang, X. Li, H. X. Yu, S. S. Zeng, X. Y. Yu, Carbohydr. Polym. 343 (2024) 122444.
    [44]
    W. B. Tu, S. Liang, L. N. Song, X. X. Wang, G. J. Ji, J. J. Xu, Adv. Funct. Mater. 34 (2024) 2316137.
    [45]
    J. Yu, M. Li, X. Kong, T. Wang, H. Zhang, X. Zhu, J. Zhao, Z. Ma, H. Yang, J. Mater. Chem. A 13 (2025) 16182-16192.
    [46]
    A. F. Roca-Arroyo, J. A. Gutierrez-Rivera, L. D. Morton, D. A. Castilla-Casadiego, Gels 11 (2025) 588.
    [47]
    Z. Y. Xing, P. Ye, X. D. Shi, L. T. Shan, S. Guo, M. Y. Chen, Y. X. Xia, Y. T. Gao, H. K. Thabet, T. F. Altamimi, Z. M. El-Bahy, X. L. Tian, J. Zhou, Angew. Chem. Int. Ed. 64 (2025) e202516974.
    [48]
    L. Lin, Z. P. Shao, S. Z. Liu, P. Yang, K. P. Zhu, W. B. Zhuang, C. W. Li, G.D. Guo, W. H. Wang, G. Hong, B. Wu, Q. C. Zhang, Y. G. Yao, Angew. Chem. Int. Ed. 64 (2025) e202425008.
    [49]
    G. C. Ji, M. Sun, M. Z. Li, J. P. Zheng, Adv. Mater. 38 (2026) e15706.
    [50]
    K. P. Zhu, W. B. Zhuang, N. Y. Wang, K. Zhang, L. Lin, Z. P. Shao, C. W. Li, W. H. Wang, S. Z. Liu, P. Yang, P. Xue, Q. C. Zhang, G. Hong, Y. G. Yao, Adv. Mater. 37 (2025) e2502366.
    [51]
    S. Y. Lin, W. Zhao, Y. Guo, N. Yu, K. Guo, X. F. Wang, ACS Energy Lett. 9 (2024) 4614-4623.
    [52]
    Y. Shi, R. Wang, S. S. Bi, M. Yang, L. Liu, Z. Q. Niu, Adv. Funct. Mater. 33 (2023) 2214546.
    [53]
    M. Yang, J. C. Zhu, S. S. Bi, R. Wang, Z. Q. Niu, Adv. Mater. 34 (2022) e2201744.
    [54]
    X. Yang, Z. Y. Zhang, M. L. Wu, Z. P. Guo, Z. J. Zheng, Adv. Mater. 35 (2023) e2303550.
    [55]
    H. P. Li, R. Z. Zhao, W. H. Zhou, L. P. Wang, W. Li, D. Y. Zhao, D. L. Chao, JACS Au 3 (2023) 2107-2116.
    [56]
    C. Y. Zhai, D. Zhao, Y. P. He, H. Huang, B. M. Chen, X. Wang, Z. C. Guo, Batteries 8 (2022) 153.
    [57]
    G. Wu, W. H. Yang, Y. Yang, H. J. Yang, J. Electrochem. 30 (2024) 1.
    [58]
    K. X. Zang, W. Q. Song, Y. P. Sun, P. A. Lu, S. F. Zhang, Z. C. Miao, L. W. Qian, V. Nica, M. Hammad, Chem. Eng. J. 520 (2025) 165800.
    [59]
    Z. H. Du, S. T. Shen, X. Z. Su, Y. H. Zhuang, M. X. Chen, X. Y. Zhang, Z. Q. Lin, L. Yu, P. P. Zhou, M. M. Wu, X. L. Lyu, Z. G. Zou, Adv. Mater. 37 (2025) 2502328.
    [60]
    C. C. Zhou, L. T. Shan, Z. Y. Xing, Y. Zhou, W. Chen, X. X. Liang, J. Li, P. Rao, Z. Y. Kang, X. D. Shi, M. K. Liu, X. L. Tian, Adv. Mater. 38 (2026) e16045.
    [61]
    D. K. Wang, D. Y. Zhao, L. Chang, Y. Zhang, W. Y. Wang, W. M. Zhang, Q. C. Zhu, Energy Storage Mater. 74 (2025) 103903.
    [62]
    M. F. Chen, M. Yang, X. Han, J. Z. Chen, P. X. Zhang, C. P. Wong, Adv. Mater. 36 (2024) 2304997.
    [63]
    Y. J. Chen, M. Yu Zhu, C. X. Li, H. B. Wang, D. Ling Chen, H. Wu, Z. Q. Huang, Y. T. Wang, Y. Fan, Z. Shuai Bai, S. Chen, Y. X. Tang, Y. Yan Zhang, Adv. Funct. Mater. 35 (2025) 2501162.
    [64]
    X. R. Fu, Y. C. Pan, Z. X. Chen, F. L. Li, Y. Q. Yang, M. Chen, H. R. Tu, T. Y. Qiu, Z. Y. Xing, P. Rao, Z. Y. Kang, W. J. Zhang, X. D. Shi, L. T. Shan, X. L. Tian, Energy Environ. Sci. (2026). DOI: 10.1039/d5ee06668a.
    [65]
    Z. P. Shao, L. Lin, W. B. Zhuang, S. Z. Liu, P. Yang, K. P. Zhu, C. W. Li, G. D. Guo, W. H. Wang, Q. C. Zhang, Y. G. Yao, Adv. Mater. 36 (2024) e2406093.
    [66]
    H. F. Zhang, F. J. Li, Z. J. Li, L. Gao, B. H. Xu, C. Wang, Batteries 10 (2024) 178.
    [67]
    H. B. Dong, X. Y. Hu, R. R. Liu, M. Z. Ouyang, H. Z. He, T. L. Wang, X. Gao, Y. H. Dai, W. Zhang, Y. Y. Liu, Y. Q. Zhou, D. J. L. Brett, I. P. Parkin, P. R. Shearing, G. J. He, Angew. Chem. 135 (2023) e202311268.
    [68]
    Z. Q. Hu, F. L. Zhang, A. B. Zhou, X. Hu, Q. Y. Yan, Y. H. Liu, F. Arshad, Z. J. Li, R. J. Chen, F. Wu, L. Li, Nano-Micro Lett. 15 (2023) 171.
    [69]
    Y. Y. Zhang, X. B. Zheng, N. Wang, W. H. Lai, Y. Liu, S. L. Chou, H. K. Liu, S. X. Dou, Y. X. Wang, Chem. Sci. 13 (2022) 14246-14263.
    [70]
    F. J. Guo, C. J. Jin, H. Yu Mi, Z. Q. Liu, B. Xu, W. H. Jia, G. Z. Fang, J. S. Qiu, Nano-Micro Lett. 18 (2026) 217.
    [71]
    X. Z. Cai, X. Li, J. H. Liang, J. Z. Qiu, W. K. Lin, C. L. Dai, Z. F. Lin, J. Q. Zhao, Nano-Micro Lett. 18 (2026) 206.
    [72]
    M. Y. Shi, J. L. Zhang, G. C. Tang, B. Wang, S. Wang, X. X. Ren, G. J. Li, W. H. Chen, C. T. Liu, C. Y. Shen, Nano Res. 17 (2024) 5278-5287.
    [73]
    C. Wang, Z. Gong, J. A. Yuwono, Q. Q. Meng, Y. Q. Lyu, S. L. Zhang, S. X. Xia, X. Zeng, P. J. Cullen, J. F. Mao, Z. P. Guo, Z. X. Pei, Nat. Commun. 16 (2025) 11069.
    [74]
    R. Z. Liu, X. Li, C. J. Peng, Y. T. Shi, X. Liu, S. Fang, ACS Appl. Mater. Interfaces 17 (2025) 62228-62238.
    [75]
    Z. Q. Ou, M. J. Zhao, K. Y. Zhu, Z. Y. Liu, S. R. Yang, H. Y. Zhang, F. J. Wang, W. Shen Yang, Angew. Chem. Int. Ed. 65 (2026) e19611.
    [76]
    S. D. Zhang, Q. Z. Gou, W. G. Chen, H. R. Luo, R. D. Yuan, K. X. Wang, K. D. Hu, Z. Y. Wang, C. D. Wang, R. Qi Liu, Z. X. Zhang, Y. Lei, Y. J. Zheng, L. Wang, F. Wan, B. Y. Li, M. Li, Adv. Sci. 11 (2024) 2404968.
  • 加载中

Catalog

    通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
    • 1. 

      沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

    1. 本站搜索
    2. 百度学术搜索
    3. 万方数据库搜索
    4. CNKI搜索

    Article Metrics

    Article views (9) PDF downloads(0) Cited by()
    Proportional views

    /

    DownLoad:  Full-Size Img  PowerPoint
    Return
    Return