水系鋅離子電池（AZIBs）因鋅金屬負極的本征安全性、高理論容量和低氧化還原電位而備受關注。然而，緩慢的傳輸動力學和快速的枝晶生長等問題限制了其實際應用。

在此，深圳大學張培新教授等人首次提出了一種獨特的雙界面工程（DIE，即纖維-電解液界面和隔膜-負極界面）策略，將隔膜設計為高效的離子傳輸調節器。該策略可通過將BaTiO₃（BTO）納米顆粒錨定在玻璃纖維上及填充隔膜的表面間隙來實現，作者通過DFT計算和實驗對調節機制進行了深入研究。

一方面，由于BTO的雙重功能，包括自發極化效應和優越的親鋅特性，BTO在玻璃纖維上的改性可有效地捕獲和促進Zn²⁺在纖維-電解液界面之間的傳輸。另一方面，得益于表面間隙的良好填充，隨后可以在隔膜-負極界面中實現均勻的離子傳輸。

系統的電化學性能測試表明，采用這種DIE改性隔膜的對稱電池Zn²⁺電鍍/剝離的可逆性顯著增強，鋅金屬電池的倍率性能和循環穩定性也得到改善。

圖1. 隔膜雙界面工程示意圖及BTO納米顆粒的表征

具體測試表明，基于DIE改性隔膜的Zn負極在10 mA cm^-2的高電流密度下表現出降低的電壓極化和高達8000甚至 9500 mAh cm^-2的超高累積容量。此外，經過這樣的隔膜工程，Zn-MnO₂電池在1 A g^-1下循環1800次后仍能保持108 mAh g^-1的比容量，在0.2 A g^-1下100次循環后的容量保持率也可從37.5% 提高到115%。

總之，由于循環過程中增強的傳輸動力學及負極-電解液界面中的枝晶抑制，這種用于隔膜設計的DIE策略為調節離子傳輸行為以實現無枝晶鋅金屬負極和高性能鋅金屬電池提供了新的見解。同時，這項工作也有望激發研究人員認識到隔膜在開發先進儲能裝置方面的潛力。

圖2. 基于改性隔膜的Zn-MnO₂電池性能

Novel Concept of Separator Design: Efficient Ions Transport Modulator Enabled by Dual-Interface Engineering Toward Ultra-Stable Zn Metal Anodes, Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202112936