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水系鋅離子電池（ZIBs）是電網規模可再生能源存儲最有前景的電池化學之一。然而，它們的應用受到了一些問題的限制，如鋅枝晶的形成和在過量自由水分子和離子存在下可能發生的不良副反應。

圖1. 纖維素-CMC電解質的作用示意

馬里蘭大學胡良兵等展示了一種納米纖維素-羧甲基纖維素（CMC）電解質，它具有高離子傳導性/機械強度和低自由水含量的特點，可以實現高倍率和長循環壽命的水系ZIBs。在這種方法中，CMC聚合物鏈分布在相對成脊狀的纖維素網絡中，形成一種致密的準固態電解質，同時也作為電池的隔膜發揮作用。

CMC是一種廉價的、可在市場上買到的纖維素衍生物，與單獨的纖維素相比，它具有許多羧基，與水分子形成更強的結合作用，這有助于在膜中使用時限制自由水含量。增加的結合水含量有助于促進鋅離子的傳導性，同時防止多余的自由水分子參與寄生的副反應。

圖2. 纖維素-5wt.%CMC膜減少Zn的枝晶生長

此外，簡單的NaOH處理將纖維素-CMC電解質的抗拉強度提高到>70MPa。因此，纖維素-CMC電解質顯示出高達26 mS cm^-1的鋅離子傳導率，并且在高達80 mA cm^-2的超高電流密度下，鋅負極以平行片狀物的形式穩定地沉積/剝離。

另外，由自由水分子引起的副反應，如析氫和Zn₄SO₄(OH)₆·xH₂O鈍化層的形成，也大大減少。最后，作者展示了基于這種纖維素-CMC電解質的Zn||MnO₂全電池，其在8C下顯示出超過500次的優良循環性。

此外，該電解質只需要簡易的加工，并且由固有的可生物降解材料組成，沒有任何來自化石燃料的合成添加劑，這表明它有可能成為下一代儲能應用的低成本、可持續和高性能電解質。

圖3. 全電池性能

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

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