储能系统（ESSs）正成为未来电网的重要基础设施。能够提供长时间运行的电池对于增强资源充足性、提高电网能源安全性、支持快速发展的AI基础设施以及应对可再生能源资源的可变性和季节性变化越来越重要。1,2然而，为电池提供可靠且成本效益高的多小时（>4小时）到多天的储能仍然是一个主要挑战。为了实现实际电流密度下的长时间放电，电池必须在电池级别上大幅增加活性材料的使用量。这需要使用厚电极；然而，离子和电子传输的限制以及结构不稳定性限制了可实现的电极厚度。3例如，在传统的颗粒填充锂离子电池（LIBs）中，当电极厚度超过某个临界阈值时，可提供的容量会下降4，这是由于电池极化的增加。已经探索了诸如三维（3D）支架5、基于模板的6和3D打印方法7等策略来改善离子传输。
相比之下，尽管水基电池系统在安全性和成本方面具有潜在优势（因为使用的是不可燃电解质），但增加活性材料使用量的努力仍然有限。然而，水基电池也面临自己的挑战：它们固有的电压窗口较窄，且依赖于电子绝缘电极材料（例如MnO2），这在实现更高面积容量方面带来了显著困难。8因此，水基电池中厚电极的发展相对滞后。例如，广泛研究的水基Zn–MnO2电池通常使用薄电极，其归一化面积负载量仅为0.005至0.05 mAh/cm²8，而使用机械加工的浆料浇铸厚电极则报道了更高的面积容量9。最近增加面积负载量的尝试采用了开放系统设计来增强厚电极中的离子传输，但往往以降低体积能量密度和增加电池结构及操作复杂性为代价。8,10
虽然富含溶剂的环境有利于在厚电极中保持高离子导电性，但要实现高能量密度则需要高浓度的活性离子。这会促进聚集的溶剂化结构的形成并增加粘度11，从而在受限的电极设计中产生更长、更曲折的扩散路径，阻碍了离子传输。我们假设可以通过空间工程化高浓度电解质的介观溶剂化结构来保留离子迁移性，通过创建溶剂富集区域来解除粘度带来的传输限制，从而同时实现高面积负载和相应的高能量密度。为此，我们提出了一种基于局部稀释电解质（LDE）的新策略，该电解质被限制在水基聚合物框架凝胶（PFG）内。这种设计将高浓度氧化还原活性材料——通过高熵配方实现——封装在导电的碳集成聚合物框架中。PFG形成了贯穿整个电极厚度的LDE区域网络，使得离子在整个电极中快速传输。此外，该框架提供了优异的结构柔韧性和弹性，能够适应体积变化、相变以及由可逆氧化还原反应引起的机械应力。
我们使用Zn–I2 PFG电池来演示这一策略，如图1A所示。该系统由氯化锌、碘化钾、炭黑（CB）和聚合物（如黄原胶（XG）组成。电极厚度为1毫米的电池（面积容量约为16.2 mAh/cm²）在90天内表现出稳定的循环性能，容量衰减率仅为每循环0.15%，在1 mA/cm²的电流密度下每循环可提供约32小时的充放电时间。我们进一步将这种方法应用于更厚的电极（2毫米），实现了显著更高的面积负载（约28 mAh/cm²）和体积能量密度（约153 Wh/L）。这种电池设计利用了地球上丰富的材料，消除了LIBs典型的劳动密集型和多步骤制造过程，提供了一种成本效益高、可持续且可扩展的解决方案，以满足未来电网基础设施预测的太瓦级储能容量需求。12
