【研究背景】 为实现碳中和的长远目标，有必要发展可再生能源来替代传统的化石能源。但是光伏、风电等可再生能源先天存在间歇性的不足，需要储能设备将充足时的电能存储起来，再在需要时释放出来。另外，可再生能源往往存在不定性，容易造成电力设备的额外损耗，严重时导致电网系统瘫痪，最终造成大面积停电。在这一方面，储能设备可以起到“缓冲器”的作用来稳定可再生能源产生的电能。锂离子电池已被大量用于大型储能设备，但是安全事故频发；因此，有必要开发新型的储能器件。近几年，水系锌离子电池获得了广泛关注。这种电池具有高安全性、低成本、中等能量密度、高功率密度等优点，但是仍存在锌枝晶、析氢反应、锌电极腐蚀等问题。为解决上述问题，锌负极和电解液改性已被大量研究，而关于隔膜的研究并不多。事实上，作为电池的关键组分，隔膜的影响很大：电极与电解液的界面实际上是浸润电解液的隔膜与电极的界面。在锌离子电池领域，当前应用最广泛的是玻璃纤维隔膜。然而，这种隔膜存在一系列缺点，诸如强度和模量低、脆性高、孔道大且不均匀，使得锌枝晶容易产生并穿透隔膜。为了克服这些缺点，两种策略已被报道：（1）在玻璃纤维表面修饰高导电性或富含亲锌官能团的材料；（2）用其他具有优异亲锌性的膜（最常用的是Nafion膜）来替代玻璃纤维隔膜。通过这些策略能够产生较好的结果，但是所用材料往往价格高昂，不适合规模化应用。 【工作介绍】近日，南京林业大学陈继章教授和佐治亚理工汪正平院士课题组提出了采用基于棉花的纤维素隔膜来抑制锌枝晶及其他有害副反应。纤维素是地球上最丰富的天然高分子，并具有优异的力学性能、杰出的亲水性、高绝缘性和生物降解性等优良性质。与玻璃纤维隔膜相比，制备所得纤维素隔膜具备均匀且致密的纳米孔、丰富的羟基官能团、大得多的强度和模量，以及更高的离子导电率（浸润电解液）。得益于这些优点，纤维素隔膜能够促进锌离子迁移，减低水合锌离子的去溶剂化能垒，降低锌沉积的成核过电势，并加快锌电极/电解液界面的锌沉积动力学。因此，纤维素隔膜能够有效地抑制锌枝晶和有害副反应，从而使锌//锌对称电池获得了高达1,000 mAh cm−2的累积锌沉积容量，并能够承受20 mAh cm−2的极大面积比容量。基于该纤维素隔膜的锌离子电池显示出了优异的倍率性能和循环稳定性。该项工作为设计和制造可靠、高效和经济的电池隔膜提供了新的思路和见解。相关研究结果以题为“Cotton-derived cellulose film as a dendrite-inhibiting separator to stabilize the zinc metal anode of aqueous zinc ion batteries”发表在Energy Storage Materials上。南京林业大学周维君博士生为本文第一作者。 【内容表述】图1. 纤维素（CF）隔膜的制备流程示意图及CF和玻璃纤维（GF）隔膜的各项表征结果。图2. 采用GF或CF隔膜的锌//锌对称电池测试结果。 图3. 循环前锌负极及循环后锌负极和隔膜的表征结果。图4. 采用GF或CF隔膜的锌//铜非对称电池测试结果。图5. 采用不同隔膜的锌离子电池和锌离子混合电容器测试结果。 Weijun Zhou, Minfeng Chen, Qinghua Tian, Jizhang Chen*,Xinwu Xu, Ching-Ping Wong*, Cotton-derived cellulose film as a dendrite-inhibiting separator to stabilize the zinc metal anode of aqueous zinc ion batteries. Energy Storage Materials. 2021. https://doi.org/10.1016/j.ensm.2021.10.002