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中南大學(xué)梁叔全/周江AFM：電紡PAN隔膜實現(xiàn)無枝晶鋅負(fù)極！

由于高安全性和成本效益，水系鋅離子電池（AZIBs）是大規(guī)模儲能有希望的候選者。然而，它承受了難以控制的Zn²⁺沉積，這些沉積聚集在一起并很容易穿透隔膜。

中南大學(xué)梁叔全、周江等采用靜電紡絲合成了聚丙烯腈（PAN）納米纖維膜作為AZIBs的隔膜，旨在克服這一障礙。

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圖1. PAN隔膜的作用機(jī)制及表征

所得PAN隔膜的厚度比傳統(tǒng)玻璃纖維（GF）隔膜薄八倍。此外，與傳統(tǒng)多孔隔膜（GF、濾紙、聚丙烯）相比，PAN中的-CN可以有效地均勻電場分布，從而使PAN隔膜促進(jìn)鋅負(fù)極的均勻離子沉積，進(jìn)而有效抑制鋅枝晶的形成和生長。

此外，PAN隔膜的另一個優(yōu)勢是，可以有效抑制正極上的釩基副產(chǎn)物和釩離子與負(fù)極的接觸，從而減少副反應(yīng)和鋅負(fù)極表面的鋅枝晶。

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圖2. Zn/NH₄V₄O₁₀電池性能

受益于上述優(yōu)勢，采用PAN隔膜的Zn對稱電池顯示出長期穩(wěn)定性和具有優(yōu)(101)晶體取向的無枝晶沉積層。同時，Zn/NH₄V₄O₁₀電池表現(xiàn)出高比容量和出色的長期耐久性，在10 A g^-1下循環(huán)1500次后容量保持率為89.2%。

這項工作證明了功能隔膜的設(shè)計提供了一種有效的方法來改變Zn²⁺的沉積行為并實現(xiàn)無枝晶的鋅金屬負(fù)極。

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圖3. PAN隔膜對鋅沉積行為的影響

Regulating Zinc Deposition Behaviors by the Conditioner of PAN Separator for Zinc-Ion Batteries. Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202109671

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