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采用鋅金屬負極的水系電池具有安全性和低成本的特點，有利于儲能技術的多樣化，而它們的能量密度和可循環性長期以來受到副反應和枝晶問題的限制，特別是在實際設備層面。盡管正在持續努力更新電極和電解質，但到目前為止，隔膜等其他不可或缺的組件在電池運行中的作用尚未完全被探索。

中科院青島能源所崔光磊、趙井文等開發了一種基于單離子功能化纖維素納米纖維(CNF)膜的多功能水系鋅電池隔膜，以提高水系鋅負極的可逆性和利用率。

圖1 材料表征

這種CNF隔膜結合了物理優勢（即機械韌性、強親水性和均勻的孔分布）和優先的Zn²⁺離子傳輸（Zn²⁺離子遷移數為 0.70 ± 0.12）。得益于高機械強度、單離子傳導、增強的親水性和低成本的組合，基于CNF的隔膜可以緩解鋅負極上發生的大多數不可逆問題，包括析氫、腐蝕和枝晶生長。此外，值得注意的是，使用這種隔膜組裝的電池只需滲入少量水（100 wt%的隔膜或在>75%相對濕度下平衡），并且不需要額外的鋅鹽。從基本的角度來看，吸水量有限的CNF膜不僅是一種隔膜，還可以作為高分子鋅鹽或凝膠固態電解質。

圖2 半電池性能

研究顯示，即使不進行電解液和電極優化，這種功能化隔膜也可將鋅沉積/剝離的庫侖效率(CE)提高至99.5%，并使水系鋅負極在實用可行的貧電解液(E/C=1.0 g Ah^?1)和高面容量(8.0 mAh cm^?2)條件下實現>80%放電深度的穩定循環。此外，這種隔膜也被證明可與各種儲鋅正極兼容，特別是對于高負載聚苯胺正極，在超過150次循環后仍保留了超過95%的初始容量。

另外，值得一提的是，作者報道的這種隔膜可以從各種生物質來源中大量獲得，并且可以在現有造紙工藝的基礎上大規模制備，從而使材料成本低廉?？偠灾?，這項工作為高能量、長循環的水系鋅金屬電池提供了一條簡單而實用的途徑。

圖3 全電池性能

Single-Ion-Functionalized Nanocellulose Membranes Enable Lean-Electrolyte and Deeply Cycled Aqueous Zinc-Metal Batteries. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202200429

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崔光磊/趙井文AFM：生物質衍生單離子功能化納米纖維素隔膜

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