随着全球环境的恶化，二次储能被认为是向无碳环境过渡和减少对化石燃料依赖的关键因素。虽然锂离子电池通常被认为是移动设备和电动汽车的主要能源解决方案，但它们面临着实际挑战，例如钴储量有限，以及与易燃和有毒非水电解质相关的潜在安全风险，这些都阻碍了它们在电网中的广泛采用。相反，ZIBs已经获得了大量的兴趣，主要是因为低氧化还原电位(- 0.76 V vs. SHE)，高能量密度，环保和安全的优势。这些独特的优点使ZIB成为电网应用中储能解决方案的一个非常可行的选择。然而，ZIBs仍然面临着重大挑战，包括锌枝晶的形成、析氢反应、表面腐蚀和副产物的产生，极大地限制了ZIB的商业潜力。
针对上述难题，燕山大学张新宇教授&朱拉隆功大学秦家千教授团队合作在国际知名期刊Materials Today Energy上发表了题为“Boosting de-solvation via halloysite nanotubes-cellulose composite
separator for dendrite-free zinc anodes”的研究论文。具体而言，此研究将HNTs(约50 wt%)加入廉价的纤维素中，并通过简单的一步浇铸法制造复合纤维素隔膜(HC)。HC隔膜具有优异的灵活性和离子导电性，满足了隔膜的基本标准。同时，HNTs具有独特的管状结构，内部带正电，外部带负电，可以诱导锌离子的均匀沉积。并且，HC具有优异的水分子吸附能力，有利于减轻H2O引起的不良反应,促进[Zn(H2O)6]2+的脱溶剂行为。因此，配备HC隔膜的ZIBs在1 mA cm−2下具有2700 h的循环稳定性和98.88%的CE。此外，具有HC隔膜的Zn||V2O5电池在5A g−1下循环2000次后的容量保持率为83.5%，表现出优异的循环性能。本工作介绍了一种新型、低成本、高稳定性的隔膜设计方法，为ZIBs的产业化提供了重要思路。⭐制备了一种由高岭土纳米管(HNTs)和纤维素组成的高性价比隔膜；⭐HC隔膜可以促进促进[Zn(H2O)6]2+的脱溶剂过程并且减轻H2O引起的不良反应；⭐配备HC隔膜的ZIBs在1 mA cm−2下具有2700 h的循环稳定性。此外， Zn||V2O5全电池在5A g−1下循环2000次后的容量保持率为83.5%，表现出优异的循环性能。图2. HC隔膜提升锌负极电化学稳定性
图3. HC隔膜促进Zn2+均匀沉积以抑制锌枝晶
综上所述，我们成功地利用低成本的一步铸造法制备了一种HNTs-纤维素(HC)隔膜，并利用它有效地抑制了ZIBs中枝晶的生长，减轻了H2O诱导的恶劣的副反应。HC隔膜由于其低廉的成本、优异的离子导电性和杰出的润湿性在ZIBs中具有很大的优势。此外，HC隔膜优异的吸水能力，以及HNTs独特的内正外负的管状结构，有助于加速[Zn(H2O)6]2+的脱溶剂过程，促进Zn2+的均匀沉积。因此，使用HC隔膜的Zn||V2O5电池具有出色的循环寿命(2700小时，1 mA cm−2)和显著的CE (98.88%, 1 mA cm−2)。同时，由于脱溶剂过程被促进，Zn||V2O5全电池在5A g−1下循环2000次后的容量保持率为83.5%，表现出优异的循环性能。这一设计策略具备广泛的适用性，将为无枝晶锌金属阳极的发展提供重要的方向。Meijing Wang, Zhiqiang Dai, Chengwu Yang, Dong Xu, Xueqing Zhang, Lasiji Que, Xinyu Zhang*, Jiaqian Qin*,Boosting de-solvation via halloysite nanotubes-cellulose composite
separator for dendrite-free zinc anodes, Materials Today Energy, 2024
https://doi.org/10.1016/j.mtener.2024.101736
水系储能 Aqueous Energy Storage 声明![]()
本公众号 AESer 致力于报道水系储能前沿领域的相关文献快讯，如有报道错误或侵权，请尽快私信联系我们，我们会立即做出修正或删除处理。感谢各位读者的支持与宣传，同时欢迎广大科研人员投稿与合作，具体事宜可发送邮件至aqueousenergystor@126.com，或添加下方小编微信，我们将在第—时间回复您。
