北大深研院AFM：可量产纤维隔膜助力循环1年的超稳定锌负极!

水系锌离子电池（AZB）由于其固有的安全性和低成本，是下一代能源存储的一个有希望的候选者。然而，目前AZB受到锌枝晶生长和不良副反应的困扰，这导致循环稳定性差和过早失效。

北京大学深圳研究生院潘锋、李舜宁、Runzhi Qin等开发了一种基于聚丙烯腈/氧化石墨烯（PG）复合纳米纤维的独特隔膜，它含有丰富的亲锌官能团来调节Zn²⁺离子在隔膜中的迁移和分布，可抑制不可控的锌生长。

图1. 材料制备及表征

研究显示，PG隔膜具有许多独特的优点：

1）PG隔膜可以通过分级3D亲锌框架吸收大量电解液；

2）Zn²⁺的溶剂化结构可以通过以下配位基团改变：-OH、-COOH以及-CN；

3）锌离子可通过跳跃穿过-CN官能团从而允许锌离子沿着PG纳米纤维快速传输。

因此，PG隔膜能够调节锌离子的均匀平面沉积并抑制锌的垂直枝晶生长。结果，在PG隔膜中，Zn²⁺的迁移数高达0.74，离子电导率高达7.69 mS cm⁻¹。

图2. 半电池性能

受益于上述优势，采用PG隔膜的Zn||Zn对称电池实现了超过13000小时的超稳定循环寿命（循环达1年），Zn||Cu半电池表现出99.82%的优异库仑效率。

此外，基于PG隔膜的Zn||Zn_0.27V₂O₅全电池在2 A g^-1的高电流密度下循环2800次后仍能保持71.5%的初始容量。

总体而言，这项工作为设计多功能隔膜以克服AZB中锌金属负极的限制提供了未来的研究方向。

图3. 全电池性能

Ultra-Stable Zn Anode Enabled by Fiber-Directed Ion Migration Using Mass-Producible Separator. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202209301

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北大深研院AFM：可量产纤维隔膜助力循环1年的超稳定锌负极!

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