隔膜在水系電解質中的溶脹會導致離子通量不均勻和枝晶傳播不規則，與此同時相應的現象和緩解策略很少被研究。

圖1 Zr-CNF的制備及表征

湖南大學汪朝暉、西北工業大學馬越等以納米纖維素隔膜為代表，研究了水系鋅離子電池隔膜溶脹引起的孔結構變化問題。具體而言，作者通過原位水解Zr⁴⁺，開發了一種由Zr⁴⁺水解產物包被的納米纖維素（Zr-CNF）組成的多功能隔膜。

研究顯示，原位形成的含Zr-O的無定形涂層與纖維素納米纖維交聯，屏蔽了納米纖維素表面的氫鍵，擴大了納米纖維素網絡的孔徑，抑制了隔膜在水系電解液中的溶脹和變形，同時確保了Zn²⁺通量的均勻性。

圖2 半電池性能

此外，無定形的Zr-O涂層不僅作為物理屏障防止枝晶的生長，而且還誘發了界面極化效應，在界面周圍產生了均勻的定向電場。這種效應加速了Zn²⁺的傳輸，降低了成核過電位，促進了Zn沉積的均勻成核，并抑制了鋅金屬的腐蝕。

因此，使用Zr-CNF隔膜，在10 mA cm^-2的高電流密度和容量為2 mAh cm^-2下，電池的壽命達到700小時，，遠遠超過了其同類產品。此外，Zr-CNF隔膜使基于V₂O₅的全電池和Zn//AC電容器具有顯著的倍率和循環性能。這項研究為高性能水基金屬電池的穩定隔膜的設計和開發提供了見解。

圖3 全電池性能

Designing Anti-Swelling Nanocellulose Separators with Stable and Fast Ion Transport Channels for Efficient Aqueous Zinc-Ion Batteries. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202304280