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||Zn0.27V2O5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