崔光磊/赵井文AFM：生物质衍生单离子功能化纳米纤维素隔膜

采用锌金属负极的水系电池具有安全性和低成本的特点，有利于储能技术的多样化，而它们的能量密度和可循环性长期以来受到副反应和枝晶问题的限制，特别是在实际设备层面。尽管正在持续努力更新电极和电解质，但到目前为止，隔膜等其他不可或缺的组件在电池运行中的作用尚未完全被探索。

中科院青岛能源所崔光磊、赵井文等开发了一种基于单离子功能化纤维素纳米纤维(CNF)膜的多功能水系锌电池隔膜，以提高水系锌负极的可逆性和利用率。

图1 材料表征

这种CNF隔膜结合了物理优势（即机械韧性、强亲水性和均匀的孔分布）和优先的Zn²⁺离子传输（Zn²⁺离子迁移数为 0.70 ± 0.12）。得益于高机械强度、单离子传导、增强的亲水性和低成本的组合，基于CNF的隔膜可以缓解锌负极上发生的大多数不可逆问题，包括析氢、腐蚀和枝晶生长。此外，值得注意的是，使用这种隔膜组装的电池只需渗入少量水（100 wt%的隔膜或在>75%相对湿度下平衡），并且不需要额外的锌盐。从基本的角度来看，吸水量有限的CNF膜不仅是一种隔膜，还可以作为高分子锌盐或凝胶固态电解质。

图2 半电池性能

研究显示，即使不进行电解液和电极优化，这种功能化隔膜也可将锌沉积/剥离的库仑效率(CE)提高至99.5%，并使水系锌负极在实用可行的贫电解液(E/C=1.0 g Ah⁻¹)和高面容量(8.0 mAh cm⁻²)条件下实现>80%放电深度的稳定循环。此外，这种隔膜也被证明可与各种储锌正极兼容，特别是对于高负载聚苯胺正极，在超过150次循环后仍保留了超过95%的初始容量。

另外，值得一提的是，作者报道的这种隔膜可以从各种生物质来源中大量获得，并且可以在现有造纸工艺的基础上大规模制备，从而使材料成本低廉。总而言之，这项工作为高能量、长循环的水系锌金属电池提供了一条简单而实用的途径。

图3 全电池性能

Single-Ion-Functionalized Nanocellulose Membranes Enable Lean-Electrolyte and Deeply Cycled Aqueous Zinc-Metal Batteries. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202200429

原创文章，作者：v-suan，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2023/10/14/2757e3683e/

崔光磊/赵井文AFM：生物质衍生单离子功能化纳米纤维素隔膜

相关推荐