胡良兵教授，最新AFM！

水系锌离子电池（ZIBs）是电网规模可再生能源存储最有前景的电池化学之一。然而，它们的应用受到了一些问题的限制，如锌枝晶的形成和在过量自由水分子和离子存在下可能发生的不良副反应。

图1. 纤维素-CMC电解质的作用示意

马里兰大学胡良兵等展示了一种纳米纤维素-羧甲基纤维素（CMC）电解质，它具有高离子传导性/机械强度和低自由水含量的特点，可以实现高倍率和长循环寿命的水系ZIBs。在这种方法中，CMC聚合物链分布在相对成脊状的纤维素网络中，形成一种致密的准固态电解质，同时也作为电池的隔膜发挥作用。

CMC是一种廉价的、可在市场上买到的纤维素衍生物，与单独的纤维素相比，它具有许多羧基，与水分子形成更强的结合作用，这有助于在膜中使用时限制自由水含量。增加的结合水含量有助于促进锌离子的传导性，同时防止多余的自由水分子参与寄生的副反应。

图2. 纤维素-5wt.%CMC膜减少Zn的枝晶生长

此外，简单的NaOH处理将纤维素-CMC电解质的抗拉强度提高到>70MPa。因此，纤维素-CMC电解质显示出高达26 mS cm^-1的锌离子传导率，并且在高达80 mA cm^-2的超高电流密度下，锌负极以平行片状物的形式稳定地沉积/剥离。

另外，由自由水分子引起的副反应，如析氢和Zn₄SO₄(OH)₆·xH₂O钝化层的形成，也大大减少。最后，作者展示了基于这种纤维素-CMC电解质的Zn||MnO₂全电池，其在8C下显示出超过500次的优良循环性。

此外，该电解质只需要简易的加工，并且由固有的可生物降解材料组成，没有任何来自化石燃料的合成添加剂，这表明它有可能成为下一代储能应用的低成本、可持续和高性能电解质。

图3. 全电池性能

Nanocellulose-Carboxymethylcellulose Electrolyte for Stable, High-Rate Zinc-Ion Batteries. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202302098

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