基于鋅金屬負(fù)極的水系電池具有高比能、固有安全性和低成本等優(yōu)點(diǎn)，在可擴(kuò)展儲(chǔ)能方面具有很大的潛力。然而，鋅負(fù)極的可逆性差，特別是在高鋅利用率的條件下，其循環(huán)穩(wěn)定性有限。

在此，中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所劉宇研究員&遲曉偉副研究員團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種新的無(wú)機(jī)/有機(jī)雜化隔膜（P/FS-Z），由疏水性PTFE基體，親水性氣相二氧化硅填料和鋅鹽組成。通過(guò)對(duì)其親疏水性的精細(xì)平衡，P/FS-Z隔膜在Zn²⁺的脫溶、電解質(zhì)的pH、界面的親疏水性三個(gè)方面的調(diào)控下，表現(xiàn)出更加平衡的傳質(zhì)能力和可控的界面反應(yīng)。新開(kāi)發(fā)的P/FS-Z隔膜具有高達(dá)12 000 mA h cm^-2的超高Zn累積沉積容量，并且在80% Zn DOD下具有700 h的長(zhǎng)期循環(huán)壽命。

更重要的是，P/FS-Z隔膜由于其固有的高機(jī)械強(qiáng)度和電化學(xué)穩(wěn)定性是完全可回收的。此外，該工作還展示了實(shí)際條件下的高比能軟包電池和柔性軟包電池，分別用于儲(chǔ)能和可穿戴設(shè)備。

圖1. P/FS-Z 隔膜的制造過(guò)程、機(jī)械特性和親水-疏水平衡

總之，該工作通過(guò)親疏水平衡設(shè)計(jì)策略，首次開(kāi)發(fā)出一種機(jī)械堅(jiān)固、化學(xué)惰性、熱穩(wěn)定、離子導(dǎo)電性和電化學(xué)可逆的P/FS-Z隔膜，用于惡劣條件下的AZMB。受益于Zn²⁺的脫溶、電解質(zhì)的pH和界面的疏/親水性的調(diào)節(jié)。P/FS-Z隔膜表現(xiàn)出更平衡的傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)和界面穩(wěn)定性。基于P/FS-Z隔膜，鋅||鋅對(duì)稱(chēng)電池可在20 mA cm^-2電流密度下，在10 mA h cm^-2高面容量下穩(wěn)定循環(huán)1200 h，在80% DOD下穩(wěn)定循環(huán)700 h。

此外，本文采用P/FS-Z隔膜的鋅//二氧化錳電池在1 A g^-1條件下可穩(wěn)定循環(huán)2000次，比容量高達(dá)244.1 mA h g^-1，容量保持率為97.23%。更重要的是，由于其固有的機(jī)械強(qiáng)度和電化學(xué)穩(wěn)定性，P/FS-Z隔膜是完全可回收的。此外，還展示了低正負(fù)比(139.9 W h kg^-1，N/P = 1.17: 1)的高比能軟包電池和實(shí)用條件下(200次循環(huán)后CR = 99.27%)的可穿戴軟包電池，分別用于儲(chǔ)能和可穿戴設(shè)備。

圖2. 具有不同隔膜的Zn||MnO₂全電池的電化學(xué)性能

Highly-reversible and recyclable zinc metal batteries achieved by inorganic/organic hybrid separators with finely tunable hydrophilic–hydrophobic balance, Energy & Environmental Science 2023 DOI: 10.1039/d3ee01575k