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水系鋅電池因其安全性和低成本而成為前景廣闊的儲能設備。然而，它們也面臨著陽極枝晶形成和陰極化合物溶解等挑戰。

圖1.?Zn/V電池面臨的挑戰以及所制備的隔膜的工作機制示意圖

松山湖材料實驗室王欣等設計了一種雙功能隔膜，以應對鋅/釩電池系統中釩離子溶解和枝晶生長所帶來的挑戰。具體而言，作者通過在海藻酸鈉（SA）聚合物膜上原位生長沸石材料（ZIF），合成了一種聚合物基質沸石隔膜（簡稱 SZ）。之所以選擇海藻酸鈉作為基底膜，主要是因為海藻酸鈉的羧酸基團可與Zn²⁺通過離子交聯作用發生強絡合反應，從而合成SZ。因此，這種絡合Zn²⁺可作為ZIF在海藻酸鈉基底上完全均勻、安全生長的源泉，從而生產出一種具有高Zn²⁺遷移數、良好的電解液吸收能力和出色的機械性能的堅固電解質型隔膜。

密度泛函理論（DFT）計算表明，SZ上的N原子能通過絡合作用有效固定V離子，形成離子屏障，有利于抑制V的溶出和穿梭，從而減少ZVO的生成。此外，N原子與Zn²⁺之間的相互作用有助于Zn²⁺在陽極表面的重新分布，從而減少枝晶的生長。

圖2.?SZ電池的電化學性能

結果，這種雙功能隔膜使Zn/V全電池能夠在15 A g^-1的高電流密度下提供188 mAh g^-1的高充電比容量，同時顯著提高對稱電池的壽命，使其超過2500小時，并具有抑制枝晶生長的能力。

有趣的是，如果在組裝電池前將SZ浸入V溶液中，人為地在SZ上構建離子屏障，則電池的循環性能會進一步提高。Zn/V全電池可以在5 A g^-1的條件下穩定運行1000次，容量損失僅為5.4%。這些結果強調，當使用可溶性陰極材料時，將相應的離子結合到隔膜上可以極大地抑制活性材料的溶解，從而顯著提高電化學性能。

圖3.?SZ在Zn/V電池中的作用機制分析

Preventing Dissolution of Cathode Active Materials by Ion-anchoring Zeolite-based Separators for Durable Aqueous Zinc Batteries. Angewandte Chemie International Edition 2023. DOI: 10.1002/anie.20231546

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?松山湖實驗室Angew：沸石基隔膜抑制陰極活性材料溶解，獲得耐用水系鋅電池

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