UiO-66与UiO-67 MOF改性玻璃纤维隔膜协同构筑无枝晶长寿命锌离子电池

为解决锌离子电池(AZIBs)中锌枝晶生长和循环寿命短的问题，研究人员通过金属有机框架(MOFs)材料UiO-66/UiO-67改性玻璃纤维隔膜，显著提升锌沉积均匀性。实验显示MOF修饰隔膜使对称电池在5 mA cm?2下稳定运行400小时，Zn/MnO2电池在1 A g?1循环1000次后仍保持高容量。该研究为高性能AZIBs开发提供了新策略。

　　

随着全球对清洁能源存储需求的激增，水系锌离子电池(AZIBs)因其高安全性和环境友好特性备受关注。然而，锌负极在充放电过程中易形成枝晶，刺穿隔膜导致电池短路，同时伴随副反应加速容量衰减，这些"阿喀琉斯之踵"严重制约其商业化进程。传统玻璃纤维隔膜对离子传输的调控能力有限，难以抑制枝晶生长。

为突破这一瓶颈，研究人员创新性地采用金属有机框架(MOFs)材料——UiO-66和UiO-67对玻璃纤维隔膜进行功能化修饰。MOFs以其高度有序的孔道结构和可调的表面化学性质闻名，犹如为离子搭建"高速公路收费站"，有望实现锌离子的精准调控。研究团队通过系统实验证实，MOF修饰隔膜可显著提升电池性能。

关键技术包括：对称电池组装测试（5 mA cm^?2高电流密度下循环）、Zn/MnO₂全电池性能评估（1 A g^?1长循环）、扫描电镜观察锌沉积形貌、电化学阻抗谱分析界面特性等。

【多孔结构调控离子传输】
MOFs的纳米级孔道有效均匀化锌离子通量，使Zn²⁺在电极表面均匀分布。电化学测试显示，UiO-67修饰隔膜因更大的孔径（1.1 nm vs UiO-66的0.6 nm）展现更优的离子传导性。

【枝晶抑制机制】
对称电池测试中，MOF组在400小时循环后仍保持平稳的电压曲线，而未修饰组在150小时即出现短路。扫描电镜证实MOF组锌负极表面形成致密无枝晶的沉积层。

【全电池性能突破】
采用UiO-66隔膜的Zn/MnO₂电池在1000次循环后容量保持率达82%，远高于对照组的58%。差分电压分析表明MOF有效抑制了Mn²⁺溶解等副反应。

该研究开创性地揭示了不同孔径MOFs（UiO-66/UiO-67）在锌离子电池中的协同效应：UiO-66的较小孔优先吸附水分子，降低游离水活性；而UiO-67的大孔道促进Zn²⁺快速传输。这种"双MOF策略"为设计新一代电池隔膜提供了范式转移，其提出的界面稳定化机制对钠/钾离子电池等金属负极体系也具有普适性指导意义。论文发表在《Asian Journal of Organic Chemistry》，标志着有机-无机杂化材料在能源存储领域的重大突破。