Nano Letters：不容忽视！隔膜对锌电沉积行为及锌电池寿命的影响

不受控制的锌电沉积是长循环锌电池的障碍。关于调节锌电沉积已经进行了很多研究，但很少像在实际电池中那样在存在隔膜的情况下进行研究。

在此，美国休斯敦大学姚彦、Yanliang Liang及橡树岭国家实验室Jagjit Nanda等人研究了在一系列多孔和无孔隔膜存在下的镀锌/剥离，证明了隔膜的微观结构决定了锌的电沉积行为。

首先，在整个电池拆卸和表征过程中，特别注意将镀锌电极和隔膜作为一个整体进行保存。使用Ar离子宽束抛光机暴露样品横截面，而不会引入伪影和失真。接着在实际相关的测试条件下，作者研究了在多孔和无孔隔膜存在的情况下锌电沉积。

结果显示，由玻璃纤维和聚丙烯制成的多孔隔膜在锌电镀过程中促使沉积的锌填充隔膜孔，有发生短路的风险，剥离时会留下“死锌”。相比之下，无孔隔膜将锌沉积限制在隔膜下方，避免了死锌的形成。

图1. 隔膜的形态及电导率特性

这些结果强调，除了调控固有的锌沉积形态（例如，通过液体电解质优化、基底设计等）外，隔膜的微观结构是开发高效锌电池不可缺少的考虑因素。一旦确定了这种隔膜效应，可能需要重新审视被认为有效对抗锌枝晶的策略。

虽然这项研究侧重于锌，但隔膜对金属电沉积行为的影响似乎很普遍，可适用于其他金属电池系统。这项工作揭示了仅使用多孔隔膜是基于金属负极的可充电电池的普遍但被忽视的挑战，提出了防止金属生长前沿直接暴露于多孔结构的策略。

图2. 50 mA cm^-2电流密度下的不同隔膜的锌电沉积行为

Separator Effect on Zinc Electrodeposition Behavior and Its Implication for Zinc Battery Lifetime, Nano Letters 2021. DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c03792