华中农业大学曹菲菲&罗艳珠AM:用于恶劣条件下高性能无枝晶锌阳极的功能性Janus银纳米线/细菌纤维素隔膜
日期：2023-09-23
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纤维素是地球上最为丰富的生物质资源，具有易降解、可再生、无毒性且廉价易得等优点。其中，细菌纤维素结晶度高、富含羟基官能团，纤维素之间的氢键作用较强，这赋予了纤维素膜理想的机械性能、优异的亲水性、均匀的孔结构和高绝缘性，是一类理想的玻璃纤维隔膜的替代物。纤维素隔膜在锌离子电池中的应用可有效抑制电池析氢反应的发生和锌枝晶的生长，并提高锌金属电池的反应动力学和可逆性，从而大幅提升锌离子电池作为可再生能源大规模储能器件的应用潜力，这对于构建清洁、低碳、安全的现代能源体系以及促进我国“双碳”目标的实现具有重要意义。
鉴于此，华中农业大学化学学院生物质电能源化学研究室，
利用简单的抽滤工艺，以细菌纤维素和银纳米线为原料，制备了一种具有丰富亲锌位点、均匀孔结构和优异机械强度的超薄双面异性细菌纤维素基锌离子电池隔膜。其中，具有优异导电/热性的银纳米线均匀分布在双面异性隔膜一侧，可以作为离子泵加速锌离子传输并提供均匀的热/电场，诱导致密且无枝晶的锌沉积；而另一侧保持细菌纤维素隔膜的原始形态，可有效隔绝正负极。利用原位X射线衍射光谱、原位光学显微镜和理论计算对隔膜改性锌沉积行为的机理进行了深入研究，证实了该细菌纤维素基隔膜在诱导Zn沿（002）晶面均匀生长方面发挥了重要作用。基于该细菌纤维素基隔膜组装的Zn||Zn对称电池可以在80 mA/cm2的超高电流密度和50 °C温度下稳定工作。与此同时，即使在 50 °C的高温条件下，以此细菌纤维素基隔膜组装的锌离子电池在 5 A/g的电流密度下循环 500 次后仍能保持 318.1mAh/g的高放电比容量，表现出优异的电化学性能。本工作为水系锌离子电池实用化的发展提供了一条行之有效的改性途径。
华中农业大学化学学院硕士研究生
郑紫嫣为第一作者，
曹菲菲教授和
罗艳珠副教授为共同通讯作者，
华中农业大学化学学院为第一完成单位。
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