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水系鋅離子電池（AZIBs）由于具有低成本、不易燃的鋅金屬和水系電解液等優點，被認為是有前途的下一代儲能裝置。然而，鋅金屬負極穩定性差是實現其實際應用的主要瓶頸。

圖1. ZSM-5分子篩作為固液混合電解質膜示意圖

在此，新加坡南洋理工大學范紅金教授、首都師范大學宋衛星副教授等人引入了一系列具有不同通道尺寸的分子篩并構建了一種固液混合電解質膜以調節鋅負極表面Zn²⁺的離子環境，從而實現無隔膜鋅離子電池。設計的合理性在于，分子篩不僅可起到有效的隔膜作用，還可調節溶劑結構和鋅離子的傳輸。

具體而言，與傳統的玻璃纖維隔膜相比，分子篩電解質膜能夠實現更穩定和可逆的鋅沉積。由于具有相交和3D通道系統，這些通道尺寸為0.3~2.5 nm的分子篩電解質膜能夠使鋅離子的通量和傳輸均勻化。同時，分子篩導致的游離水和溶劑化水活性降低可最大限度地減少鋅負極的副反應并延長AZIB的循環壽命。因此，基于ZSM-5固液混合電解質膜的AZIBs表現出顯著增強的性能。

圖2. V₂O₅||ZSM-5||Zn全電池的電化學性能

結果顯示，V₂O₅||ZSM-5||Zn全電池在1 A g^-1下具有高比容量（300 mAh g^-1），1000次循環后可保持98%的初始容量，3000次循環后容量保持率為83%。即使在5 A g^-1的高電流下，整個電池也可運行15000次循環且容量保持率為82%。對于不同通道尺寸的分子篩，需要考慮空間限制和通道壁吸附的耦合效應。

經測定，通道尺寸為5~7 ? 的分子篩（ZSM-5、H-β 和 Bate）具有最佳的去溶劑化能力和循環穩定性。雖然這項研究表明ZSM-5分子篩作為無隔膜水系電池的電解質主體具有廣闊的應用前景，但可進一步研究以實現機械穩定性和電池能量密度之間的平衡。鑒于薄ZSM-5膜易碎，有必要設計和提高固液混合電解質膜的機械強度和魯棒性。未來研究中一個可能的策略是開發對分子篩具有更好粘附力的粘結劑，同時卷對卷壓制方法也將有助于大規模生產。

圖3. 可用于AZIBs的不同通道尺寸的分子篩

Molecular sieve electrolyte membrane enables separator-free zinc batteries with ultralong cycle life, Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202207209

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