AEM：具离子选择性和抗水的复合膜助力锌负极大电流循环

水系可充锌离子电池（ZIBs）被认为是下一代储能设备的一个有前景的候选者，但由于活性水/阴离子的腐蚀，锌金属负极的利用率有限（低于5%），因此受到了强烈的阻碍。

图1. CNF/MXene涂层的作用示意

路易斯安那州立大学吴清林、洛桑联邦理工学院Kangning Zhao等通过分子筛开发了一种离子选择性和抗水的纤维素纳米纤维（CNF）/MXene复合膜，以通过锌离子的脱水作用将活性水和阴离子限制在电极/电解液界面，避免了水/阴离子引起的腐蚀/分解。

受益于CNF表面丰富的官能团，CNF/MXene涂层实现了具有阳离子/阴离子选择性的分子筛，限制了水的迁移，避免了锌剥离/沉积时的腐蚀，并促进了锌离子通过薄膜，从而形成无腐蚀的锌沉积/剥离。

图2. 超高电流下测试的Cu/Zn非对称电池和Zn/Zn对称电池的性能

通过这种方式，CNF/MXene@Zn负极表现出显著增强的库仑效率（10 mA cm^-2时为99.5 %）和低电压滞后。此外，涂有CNF/MXene复合膜的锌对称电池可以在100 mA cm^-2的极高电流和88.2%的超高锌利用率下运行，达到创纪录的12 Ah cm^-2的累积沉积容量。

另外，全二氧化钒（VO₂）|CNF/MXene@Zn电池在2 A g^-1时表现出357 mAh g^-1的高容量，并在500次循环后保持93.3%的容量。

并且，在负/正容量（N/P）比为2.8时，CNF/MXene膜包覆的锌电池能够稳定地循环100次，证明了高能量锌电池的潜力。综上所述，这种设计的CNF/MXene膜使锌电池成为实际应用中可行的储能装置。

图3. 全电池性能

Ion Selective and Water Resistant Cellulose Nanofiber/MXene Membrane Enabled Cycling Zn Anode at High Currents. Advanced Energy Materials 2023. DOI: 10.1002/aenm.202300283

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