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水系锌离子电池作为可行的储能系统而受到关注，但有害副反应和锌枝晶形成的发生破坏了锌阳极的效率。事实证明，控制水活动是缓解这些挑战的有效策略。然而，电解质设计和电极保护层等策略在不同程度上存在弱点。在这里，国际竹藤中心江泽慧教授 刘杏娥研究员&中山大学卢锡洪教授团队提出了一种新的氧功能化生物质竹膜隔膜(表示为 BM)来抑制水分子的活性。该BM隔膜具有独特的多层2D夹层，有助于快速离子扩散。此外，BM隔膜的氧官能团可以与水分子形成氢键，有效地将水分子从游离状态转化为结合态。因此，使用BM的Zn/Zn非对称纽扣电池可以在30 mA cm-2和30 mAh cm-2的超高速率和容量下工作超过80小时，而使用玻璃纤维的同类产品几乎无法工作。此外，使用BM隔膜的全电池在10 A g-1下循环1000次后表现出89.7%的容量保持率。本研究揭示了限水活性对Zn阳极保护的重要影响，为设计新型隔膜提供了一条途径。图1
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a)BM制备过程的示意图。b)BM的SEM图像。GF和BM隔膜的c)FTIR光谱，d)拉曼光谱，e)拉伸σ-ε曲线。GF和BM之间f)质量和g)厚度的比较。
图2
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a-c)GF和BM在80 wt%下1 M Zn(OTf)2溶液的FTIR光谱。d)GF和1 m Zn(OTf)2溶液 之间相互作用的MD计算的3D快照。e)BM和1 m Zn(OTf)2溶液相互作用的MD计算的3D快照(H，白色；C，灰色；O，红色；F，青色；S，黄色；Si，橙色)。f)GF-H2O和BM-H2O之间的结合能比较。电场模型基于g)GF和h)BM。锌离子浓度场模型基于i)GF和j)BM。
图3
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a)使用GF和BM隔膜对Zn/Cu电池进行CE测量。使用b)GF和c)BM隔膜的Zn/Cu电池的GCD曲线。使用GF和BM隔膜的Zn/Zn电池在d)1 mA cm-2和1 mAh cm-2，e)10 mA cm-2和10 mAh cm-2，f)30 mA cm-2和30 mAh cm-2下进行测试。g)使用BM隔膜的Zn/Zn电池的电流密度和面容量与最近报道的通过各种隔膜策略稳定的Zn阳极的电流密度和面容量的比较。h)使用BM隔膜和其他已报道的带有改性隔膜的Zn阳极对Zn/Zn电池的CPC。
图4
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使用a)GF和b)BM的Zn沉积过程示意图。Zn负极在1和1 mAh cm-2下循环50次后的SEM图像：c)GF和d)BM。Zn阳极在1和1 mAh cm-2下循环50次后的LSCM图像：e)GF和f)BM。g)使用不同隔膜的Zn阳极在1和1 mAh cm-2下循环50次后的XRD图谱。
图5
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使用GF和BM隔膜的Zn/NVO电池，a)1 mV s-1时的CV曲线，b)倍率能力，c)EIS，d)10 A g-1下的循环稳定性。e)由两个Zn/NVO软包电池供电的LED照片。
图6
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a)一盆绿色植物的照片，其中BM埋在土壤中。b)3、c)10、d)20和e)30天后BM埋在土壤中的照片。f-i)BM上芽孢杆菌在不同分解阶段的SEM图像。
在这里，研究人员提出了一种新型生物质竹膜(BM)隔膜，具有高可回收性，可抑制AZIBs中水分子的活性，为传统玻璃纤维(GF)隔膜提供了一种环保替代品。通过将氧官能团连接到BM隔膜上，它可以通过氢键有效地捕获水分子，将其状态从游离状态转变为结合状态。因此，配备该BM隔膜的Zn/Zn对称电池实现了卓越的性能，以超高速率和30 mA cm-2和30 mAh cm-2的容量运行超过80小时，保持≈99%的近乎完美的 CE。相比之下，使用GF隔膜的Zn/Zn电池的性能明显较差。此外，采用BM隔膜的Zn/NVO全电池在10 A g-1的高电流密度下，经过1000次循环后，容量保持率为89.7%，强调了BM隔膜在提高AZIBs的可持续性和效率方面的潜力。
High-Capacity Zinc Anode Enabled by a Recyclable Biomass Bamboo Membrane Separator
Jianfeng Ma，Xin Shi，Zhihui Wang，Lijun Zhou，Xinge Liu*，Xihong Lu*，Zehui Jiang*https://doi.org/10.1002/adma.202406429
