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可充電鋅離子電池被認為是下一代儲能系統(tǒng)的有希望的候選者，然而，鋅枝晶的不可控生長和嚴重的析氫反應（HER）極大地阻礙了電池的實際應用。

在此，吉林大學徐吉靜、季桂娟等人開發(fā)了一種基于纖維素的固態(tài)電解質新材料——羧基化纖維素納米纖維（Zn-CCNF@XG）。該工作揭示了納米化工程和官能團化策略對于提高鋅離子電導率的作用原理及鋅離子在Zn-CCNF@XG中的離子運輸機制，并組裝了高穩(wěn)定性的固態(tài)鋅離子電池。

結果顯示，較于傳統(tǒng)的基于PEO、PVDF等聚合物的固態(tài)電解質材料，該工作所開發(fā)的纖維素基固態(tài)電解質具有高離子電導率、離子遷移數(shù)、和優(yōu)異的鋅離子沉積/剝離的穩(wěn)定性及可逆性。此外，Zn-CCNF@XG的制備原材料來源廣泛、制備成本低廉、可自然降解，可大規(guī)模制備。

圖1. Zn-CCNF@XG的鋅離子電導行為

總之，該工作采用纖維材料Zn-CCNF@XG制備的 SSE具有 1.17 × 10^?4?S cm^?1?的高離子電導率（室溫下）、0.78 的高 Zn²⁺?遷移數(shù)、0 至 2.88 V 的寬電化學穩(wěn)定窗口以及 60 MPa 的優(yōu)異機械耐受性。其中，-COOH的引入顯著降低了鋅離子與含氧官能團脫/配的解離能，并且-COOH和-OH共同形成了鋅離子的快速傳導通道。結果顯示，Zn-CCNF@XG 在 Zn||Cu 非對稱電池中循環(huán) 1000 次后表現(xiàn)出高庫侖效率保持率 (99.51%)，而 Zn||Zn 對稱電池在 1800 次循環(huán)（3600 小時）后過電勢僅增加約 40 mV。因此，Zn-CCNF@XG基SSZIB表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能和穩(wěn)定的循環(huán)壽命，在1 A g^?1的電流密度下3000次循環(huán)后容量保持率為83.46%。

此外，基于Zn-CCNF@XG的軟包電池靜置24小時后容量保持率為96%，在電流密度為1 A g^?1的條件下500次循環(huán)后容量保持率為52.7%。因此，該工作為開發(fā)具有高離子電導率、高離子遷移數(shù)和安全性的SSE提供了有效的指導。

圖2. 電池性能

Nanoengineered Functional Cellulose Ionic Conductor Toward High-Performance All-Solid-State Zinc-Ion Battery,?Advanced Functional Materials?2024 DOI: 10.1002/adfm.202316137

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?吉大AFM：功能纖維素離子導體助力高性能全固態(tài)鋅離子電池

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