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姚亞剛/韓杰/薛攀AFM：多尺度離子篩分隔膜用于無枝晶和動(dòng)力學(xué)增強(qiáng)的鋅金屬電池

鋅金屬電池由于其安全性好，成本低和環(huán)境友好等特點(diǎn)，被認(rèn)為是非常有潛力的儲(chǔ)能系統(tǒng)。然而，不可控的鋅枝晶生長和嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象阻礙了其商業(yè)應(yīng)用。

在此，南京大學(xué)姚亞剛教授，揚(yáng)州大學(xué)韓杰教授，薛攀等人通過將聚苯胺改性氧化石墨烯(表示為NPGO)/聚偏二氟乙烯溶液直接噴涂在普通玻璃纖維(GF) 隔膜的一側(cè)來制備功能化隔膜。

NPGO納米片上喹諾酮酰亞胺質(zhì)子化和去質(zhì)子化狀態(tài)之間的可逆轉(zhuǎn)變可以促進(jìn)Zn²⁺的快速去溶劑化和轉(zhuǎn)移。因此，由于朝向Zn負(fù)極的NPGO納米片的離子篩分效應(yīng)，空間電場以及Zn²⁺通量被有效地均勻化。

圖1. NPGO@GFs隔膜的結(jié)構(gòu)表征

總之，NPGO@GFs隔膜能促進(jìn)Zn均勻沉積，延緩枝晶形成。同時(shí)它對鋅電極腐蝕、析氫反應(yīng)和副反應(yīng)有明顯抑制作用。此外，NPGO修飾的超輕和超薄隔膜不影響電池整體的能量密度，顯然優(yōu)于其他策略。

結(jié)果顯示，當(dāng)配備NPGO@GFs隔膜，鋅對稱電池獲得了優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性（20 mA cm^-2下>3000次循環(huán)）和出色的庫侖效率，MnO₂||Zn全電池獲得了卓越的循環(huán)穩(wěn)定性（500次循環(huán)，容量保持率為91.6%），因此，該工作提出了一種新穎的策略為鋅金屬電池的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

圖2. NPGO@GFs隔膜的電池性能

Multiscale Ion-Sieving Separator with Selective Zn²⁺ Channels and Excellent Zn2+ Desolvation Kinetics for Dendrite-Free and Kinetics-Enhanced Zinc Metal Batteries, Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202305098

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