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水系鋅離子電池（ZIBs）是電網(wǎng)規(guī)?？稍偕茉创鎯ψ钣星熬暗碾姵鼗瘜W之一。然而，它們的應用受到了一些問題的限制，如鋅枝晶的形成和在過量自由水分子和離子存在下可能發(fā)生的不良副反應。

圖1. 纖維素-CMC電解質的作用示意

馬里蘭大學胡良兵等展示了一種納米纖維素-羧甲基纖維素（CMC）電解質，它具有高離子傳導性/機械強度和低自由水含量的特點，可以實現(xiàn)高倍率和長循環(huán)壽命的水系ZIBs。在這種方法中，CMC聚合物鏈分布在相對成脊狀的纖維素網(wǎng)絡中，形成一種致密的準固態(tài)電解質，同時也作為電池的隔膜發(fā)揮作用。

CMC是一種廉價的、可在市場上買到的纖維素衍生物，與單獨的纖維素相比，它具有許多羧基，與水分子形成更強的結合作用，這有助于在膜中使用時限制自由水含量。增加的結合水含量有助于促進鋅離子的傳導性，同時防止多余的自由水分子參與寄生的副反應。

圖2. 纖維素-5wt.%CMC膜減少Zn的枝晶生長

此外，簡單的NaOH處理將纖維素-CMC電解質的抗拉強度提高到>70MPa。因此，纖維素-CMC電解質顯示出高達26 mS cm^-1的鋅離子傳導率，并且在高達80 mA cm^-2的超高電流密度下，鋅負極以平行片狀物的形式穩(wěn)定地沉積/剝離。

另外，由自由水分子引起的副反應，如析氫和Zn₄SO₄(OH)₆·xH₂O鈍化層的形成，也大大減少。最后，作者展示了基于這種纖維素-CMC電解質的Zn||MnO₂全電池，其在8C下顯示出超過500次的優(yōu)良循環(huán)性。

此外，該電解質只需要簡易的加工，并且由固有的可生物降解材料組成，沒有任何來自化石燃料的合成添加劑，這表明它有可能成為下一代儲能應用的低成本、可持續(xù)和高性能電解質。

圖3. 全電池性能

Nanocellulose-Carboxymethylcellulose Electrolyte for Stable, High-Rate Zinc-Ion Batteries. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202302098

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