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?AEM：具離子選擇性和抗水的復(fù)合膜助力鋅負(fù)極大電流循環(huán)

水系可充鋅離子電池（ZIBs）被認(rèn)為是下一代儲(chǔ)能設(shè)備的一個(gè)有前景的候選者，但由于活性水/陰離子的腐蝕，鋅金屬負(fù)極的利用率有限（低于5%），因此受到了強(qiáng)烈的阻礙。

圖1. CNF/MXene涂層的作用示意

路易斯安那州立大學(xué)吳清林、洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院Kangning Zhao等通過(guò)分子篩開(kāi)發(fā)了一種離子選擇性和抗水的纖維素納米纖維（CNF）/MXene復(fù)合膜，以通過(guò)鋅離子的脫水作用將活性水和陰離子限制在電極/電解液界面，避免了水/陰離子引起的腐蝕/分解。

受益于CNF表面豐富的官能團(tuán)，CNF/MXene涂層實(shí)現(xiàn)了具有陽(yáng)離子/陰離子選擇性的分子篩，限制了水的遷移，避免了鋅剝離/沉積時(shí)的腐蝕，并促進(jìn)了鋅離子通過(guò)薄膜，從而形成無(wú)腐蝕的鋅沉積/剝離。

圖2. 超高電流下測(cè)試的Cu/Zn非對(duì)稱(chēng)電池和Zn/Zn對(duì)稱(chēng)電池的性能

通過(guò)這種方式，CNF/MXene@Zn負(fù)極表現(xiàn)出顯著增強(qiáng)的庫(kù)侖效率（10 mA cm^-2時(shí)為99.5 %）和低電壓滯后。此外，涂有CNF/MXene復(fù)合膜的鋅對(duì)稱(chēng)電池可以在100 mA cm^-2的極高電流和88.2%的超高鋅利用率下運(yùn)行，達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的12 Ah cm^-2的累積沉積容量。

另外，全二氧化釩（VO₂）|CNF/MXene@Zn電池在2 A g^-1時(shí)表現(xiàn)出357 mAh g^-1的高容量，并在500次循環(huán)后保持93.3%的容量。

并且，在負(fù)/正容量（N/P）比為2.8時(shí)，CNF/MXene膜包覆的鋅電池能夠穩(wěn)定地循環(huán)100次，證明了高能量鋅電池的潛力。綜上所述，這種設(shè)計(jì)的CNF/MXene膜使鋅電池成為實(shí)際應(yīng)用中可行的儲(chǔ)能裝置。

圖3. 全電池性能

Ion Selective and Water Resistant Cellulose Nanofiber/MXene Membrane Enabled Cycling Zn Anode at High Currents. Advanced Energy Materials 2023. DOI: 10.1002/aenm.202300283

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