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北大深研院AFM：可量產(chǎn)纖維隔膜助力循環(huán)1年的超穩(wěn)定鋅負(fù)極!

水系鋅離子電池（AZB）由于其固有的安全性和低成本，是下一代能源存儲(chǔ)的一個(gè)有希望的候選者。然而，目前AZB受到鋅枝晶生長(zhǎng)和不良副反應(yīng)的困擾，這導(dǎo)致循環(huán)穩(wěn)定性差和過(guò)早失效。

北京大學(xué)深圳研究生院潘鋒、李舜寧、Runzhi Qin等開(kāi)發(fā)了一種基于聚丙烯腈/氧化石墨烯（PG）復(fù)合納米纖維的獨(dú)特隔膜，它含有豐富的親鋅官能團(tuán)來(lái)調(diào)節(jié)Zn²⁺離子在隔膜中的遷移和分布，可抑制不可控的鋅生長(zhǎng)。

圖1. 材料制備及表征

研究顯示，PG隔膜具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：

1）PG隔膜可以通過(guò)分級(jí)3D親鋅框架吸收大量電解液；

2）Zn²⁺的溶劑化結(jié)構(gòu)可以通過(guò)以下配位基團(tuán)改變：-OH、-COOH以及-CN；

3）鋅離子可通過(guò)跳躍穿過(guò)-CN官能團(tuán)從而允許鋅離子沿著PG納米纖維快速傳輸。

因此，PG隔膜能夠調(diào)節(jié)鋅離子的均勻平面沉積并抑制鋅的垂直枝晶生長(zhǎng)。結(jié)果，在PG隔膜中，Zn²⁺的遷移數(shù)高達(dá)0.74，離子電導(dǎo)率高達(dá)7.69 mS cm^?1。

圖2. 半電池性能

受益于上述優(yōu)勢(shì)，采用PG隔膜的Zn||Zn對(duì)稱(chēng)電池實(shí)現(xiàn)了超過(guò)13000小時(shí)的超穩(wěn)定循環(huán)壽命（循環(huán)達(dá)1年），Zn||Cu半電池表現(xiàn)出99.82%的優(yōu)異庫(kù)侖效率。

此外，基于PG隔膜的Zn||Zn_0.27V₂O₅全電池在2 A g^-1的高電流密度下循環(huán)2800次后仍能保持71.5%的初始容量。

總體而言，這項(xiàng)工作為設(shè)計(jì)多功能隔膜以克服AZB中鋅金屬負(fù)極的限制提供了未來(lái)的研究方向。

圖3. 全電池性能

Ultra-Stable Zn Anode Enabled by Fiber-Directed Ion Migration Using Mass-Producible Separator. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202209301

原創(chuàng)文章，作者：金蓉，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來(lái)源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2022/12/07/16977a308a/

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