汪朝晖/马越AFM：具有稳定和快速离子传输通道的抗溶胀隔膜

隔膜在水系电解质中的溶胀会导致离子通量不均匀和枝晶传播不规则，与此同时相应的现象和缓解策略很少被研究。

图1 Zr-CNF的制备及表征

湖南大学汪朝晖、西北工业大学马越等以纳米纤维素隔膜为代表，研究了水系锌离子电池隔膜溶胀引起的孔结构变化问题。具体而言，作者通过原位水解Zr⁴⁺，开发了一种由Zr⁴⁺水解产物包被的纳米纤维素（Zr-CNF）组成的多功能隔膜。

研究显示，原位形成的含Zr-O的无定形涂层与纤维素纳米纤维交联，屏蔽了纳米纤维素表面的氢键，扩大了纳米纤维素网络的孔径，抑制了隔膜在水系电解液中的溶胀和变形，同时确保了Zn²⁺通量的均匀性。

图2 半电池性能

此外，无定形的Zr-O涂层不仅作为物理屏障防止枝晶的生长，而且还诱发了界面极化效应，在界面周围产生了均匀的定向电场。这种效应加速了Zn²⁺的传输，降低了成核过电位，促进了Zn沉积的均匀成核，并抑制了锌金属的腐蚀。

因此，使用Zr-CNF隔膜，在10 mA cm^-2的高电流密度和容量为2 mAh cm^-2下，电池的寿命达到700小时，，远远超过了其同类产品。此外，Zr-CNF隔膜使基于V₂O₅的全电池和Zn//AC电容器具有显著的倍率和循环性能。这项研究为高性能水基金属电池的稳定隔膜的设计和开发提供了见解。

图3 全电池性能

Designing Anti-Swelling Nanocellulose Separators with Stable and Fast Ion Transport Channels for Efficient Aqueous Zinc-Ion Batteries. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202304280