深大张培新AFM：隔膜的新型双界面工程设计实现超稳定锌金属负极

水系锌离子电池（AZIBs）因锌金属负极的本征安全性、高理论容量和低氧化还原电位而备受关注。然而，缓慢的传输动力学和快速的枝晶生长等问题限制了其实际应用。

在此，深圳大学张培新教授等人首次提出了一种独特的双界面工程（DIE，即纤维-电解液界面和隔膜-负极界面）策略，将隔膜设计为高效的离子传输调节器。该策略可通过将BaTiO₃（BTO）纳米颗粒锚定在玻璃纤维上及填充隔膜的表面间隙来实现，作者通过DFT计算和实验对调节机制进行了深入研究。

一方面，由于BTO的双重功能，包括自发极化效应和优越的亲锌特性，BTO在玻璃纤维上的改性可有效地捕获和促进Zn²⁺在纤维-电解液界面之间的传输。另一方面，得益于表面间隙的良好填充，随后可以在隔膜-负极界面中实现均匀的离子传输。

系统的电化学性能测试表明，采用这种DIE改性隔膜的对称电池Zn²⁺电镀/剥离的可逆性显著增强，锌金属电池的倍率性能和循环稳定性也得到改善。

图1. 隔膜双界面工程示意图及BTO纳米颗粒的表征

具体测试表明，基于DIE改性隔膜的Zn负极在10 mA cm^-2的高电流密度下表现出降低的电压极化和高达8000甚至 9500 mAh cm^-2的超高累积容量。此外，经过这样的隔膜工程，Zn-MnO₂电池在1 A g^-1下循环1800次后仍能保持108 mAh g^-1的比容量，在0.2 A g^-1下100次循环后的容量保持率也可从37.5% 提高到115%。

总之，由于循环过程中增强的传输动力学及负极-电解液界面中的枝晶抑制，这种用于隔膜设计的DIE策略为调节离子传输行为以实现无枝晶锌金属负极和高性能锌金属电池提供了新的见解。同时，这项工作也有望激发研究人员认识到隔膜在开发先进储能装置方面的潜力。

图2. 基于改性隔膜的Zn-MnO₂电池性能

Novel Concept of Separator Design: Efficient Ions Transport Modulator Enabled by Dual-Interface Engineering Toward Ultra-Stable Zn Metal Anodes, Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202112936