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黃云輝/張新宇等Nano Energy：界面極化效應(yīng)的陶瓷-纖維素隔膜調(diào)節(jié)鋅沉積實現(xiàn)耐用鋅負(fù)極

由于其復(fù)雜的制造工藝和不經(jīng)濟(jì)的價格，目前提倡的用于抑制鋅枝晶的電極和電解質(zhì)的優(yōu)化策略對于水系鋅離子電池(ZIB)仍然具有挑戰(zhàn)性。

華中科技大學(xué)黃云輝、泰國朱拉隆功大學(xué)Jiaqian Qin、燕山大學(xué)張新宇等人開發(fā)了一種易于制造且具有成本效益的纖維素納米纖維-ZrO₂復(fù)合材料(ZC)隔膜來穩(wěn)定鋅負(fù)極。

ZC隔膜旨在實現(xiàn)出色的離子電導(dǎo)率 (4.59 mS cm^-1) 和高Zn²⁺轉(zhuǎn)移數(shù)(0.69)，并且具有高介電常數(shù)(ε = 25)的ZrO₂顆粒通過Maxwell-Wagner極化提供定向電場，以調(diào)節(jié)鋅的均勻沉積、加速Zn²⁺擴(kuò)散動力學(xué)并排斥陰離子，從而穩(wěn)定鋅負(fù)極并抑制鈍化反應(yīng)。

因此，ZC隔膜使鋅負(fù)極具有無枝晶沉積/剝離行為、高庫侖效率(99.5%)和出色的循環(huán)性能（0.5 mA cm^-2下2000小時）。這種開發(fā)的復(fù)合隔膜可以擴(kuò)展到其他絕緣陶瓷，甚至隨機(jī)組合。

此外，ZC隔膜還可以顯著提高Zn||ZnSO₄||MnO₂/石墨紐扣和軟包電池的倍率性能和循環(huán)性能，同時使其具有顯著的柔性和集成能力。陶瓷-纖維素隔膜為構(gòu)建用于大規(guī)模儲能的先進(jìn)鋅負(fù)極提供了一種有吸引力的策略。

圖1 ZC隔膜的制備及表征

圖2 全電池性能

Modulating Zn deposition via ceramic-cellulose separator with interfacial polarization effect for durable zinc anode. Nano Energy 2021. DOI: 10.1016/j.nanoen.2021.106322

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