通过界面工程串联化学技术释放纤维素分离器在锌离子电池中的高性能潜力

《Advanced Functional Materials》：Unlocking the Potential of Cellulose Separators for High-Rate Performance in Zinc-Ion Batteries via Interface-Engineered Tandem Chemistry

水系锌离子电池中通过整合壳聚糖-三甲氧基氯烷（CS-TMC）层到细菌纤维素隔膜，解决了高倍率下离子扩散和界面稳定性问题。内层CS增强电解液吸收和Zn2?传输，外层TMC抑制界面副反应，使对称电池循环寿命超4500次（40 mA/cm2），阴极容量保持率98.2%（270 mAh/g，10 A/g）。

　　

摘要

用于水基锌离子电池的纤维素隔膜在高倍率条件下面临挑战，这主要是由于锌离子（Zn2?）扩散速度慢（由分子间的氢键作用导致）以及过高的水分活性引起的界面不稳定性。本文提出了一种通过工程化界面设计的串联化学方法：在细菌纤维素隔膜上涂覆壳聚糖-三甲氧基氯（CS-TMC）层。内部的CS层与纤维素交联，纤维素中含有丰富的亲锌基团（-OH），从而提高了隔膜的润湿性、电解质的吸收速率以及锌离子在隔膜内部的传输速度。同时，外层的TMC层含有苯环和酰氯等疏水基团，有助于促进水合锌离子的脱溶剂化，并通过减少活性水的量来抑制界面副反应。结果表明，使用CS-TMC隔膜的锌-锌对称电池在40 mA cm?2的高电流密度下可循环使用4500次以上，寿命远超大多数已报道的纤维素基隔膜。此外，CS-TMC隔膜还能保护氧化钒正极免于溶解；在10 A g?1的电流密度下，该隔膜可实现270 mAh g?1的放电容量，并在10000次循环后仍保持98.2%的容量。这一研究表明，这种串联化学设计在纤维素隔膜的实际应用中具有很大的潜力。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。