文章題目：Advances and perspectives on separators of aqueous zinc ion batteries

關(guān)鍵詞：Aqueous Zn-ion batteries,?Separators,?Interfacial stability,?Dendrite inhibition,?Zn deposition

原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2772970222000050

?????近日，南京林業(yè)大學(xué)陳繼章教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合南京林業(yè)大學(xué)副校長(zhǎng)徐信武在Energy Reviews發(fā)表文章“Advances and perspectives on separators of aqueous zinc ion batteries”, 該文章詳細(xì)介紹了鋅離子電池隔膜的研究進(jìn)展和相應(yīng)的鋅離子電池改性策略。

01?內(nèi)容簡(jiǎn)介

????1.?Introduction（前言）

????2. Basic requirements for separators（基本要求）

????3. Modification strategies of separators（改性策略）

????????3.1. Functional groups within separators（官能團(tuán)）

????????3.2. Surface coatings onto separators（表面涂覆）

????????3.3. Hybrid architectures of separators（混合結(jié)構(gòu)）

????????3.4. Porosity regulations of separators（結(jié)構(gòu)調(diào)控）

????????3.5. Bipolar membrane（雙極膜）

????4. Summary and perspectives（結(jié)論與展望）

02?內(nèi)容亮點(diǎn)

????1. 指出了鋅離子電池隔膜的重要性，提出了隔膜的基本要求；

????2. 系統(tǒng)闡述了針對(duì)隔膜的改性策略，包括引入官能團(tuán)、構(gòu)建表面涂覆層、建立混合結(jié)構(gòu)、調(diào)控孔結(jié)構(gòu)、利用雙極膜，并簡(jiǎn)要分析了這些策略的作用機(jī)制；

????3. 比較了不同隔膜鋅/鋅電池的循環(huán)性能；

????4. 展望了未來(lái)的挑戰(zhàn)和研究方向。

03 內(nèi)容導(dǎo)讀

?????1. 隔膜的基本要求：

（1）低成本；（2）電絕緣；（3）適當(dāng)?shù)目紫堵剩唬?）良好的電解液潤(rùn)濕性；（5）低厚度（<20?μm）；（6）高柔韌性；（7）在電解液中具有高穩(wěn)定性以保證高可靠性；（8）高濕強(qiáng)度和大濕模量以承受電極材料的膨脹以及枝晶和其它物質(zhì)的穿透。

???? 2. 隔膜的改性策略：

（1）引入官能團(tuán),?隔膜中的官能團(tuán)可以與電解液離子發(fā)生相互作用，從而調(diào)節(jié)鋅離子的傳輸和鋅沉積行為。比如，–SO3–官能團(tuán)和鋅離子之間的強(qiáng)相互作用可以改變水合鋅離子的配位環(huán)境，為鋅離子的傳輸提供選擇性的便捷通道，使鋅離子傳輸流均勻化，從而促進(jìn)鋅均勻沉積并抑制鋅枝晶的形成。羥基官能團(tuán)也被發(fā)現(xiàn)具有類(lèi)似的作用。

（2）構(gòu)建表面涂覆層,?表面涂覆是一種非常有效的界面改性方法。已經(jīng)被報(bào)道對(duì)鋅離子電池隔膜進(jìn)行改性的涂層材料主要包括石墨烯、氧化石墨烯、石墨炔、MOF、MXenes和錫金屬。比如，氧/氮摻雜石墨烯具有高親鋅性，可以保證均勻分布的電場(chǎng)，降低局部電流密度；石墨烯和MXenes能夠在外延生長(zhǎng)機(jī)制的作用下促使鋅沉積沿著平行于鋅負(fù)極的方向生長(zhǎng)。

（3）建立混合結(jié)構(gòu),?在混合結(jié)構(gòu)的隔膜中，改性材料應(yīng)當(dāng)是電絕緣的。比如，將二氧化鋯介電材料引入到隔膜主體中，在Maxwell-Wagner效應(yīng)的作用下可以產(chǎn)生定向電場(chǎng)，從而為鋅離子的傳輸提供便捷且均勻的路徑，加速鋅離子的傳輸動(dòng)力學(xué)，提升鋅離子遷移數(shù)，使鋅沉積更為穩(wěn)定。

（4）調(diào)控孔結(jié)構(gòu)，即使隔膜的親水非常好，電解液離子也更傾向于在隔膜的孔道中傳輸擴(kuò)散。傳統(tǒng)玻璃纖維隔膜的孔徑過(guò)大，孔隙大小不均勻，容易導(dǎo)致不均勻的鋅沉積過(guò)程。當(dāng)孔隙更小更均勻的時(shí)候，鋅離子在隔膜內(nèi)的傳輸擴(kuò)散和隔膜內(nèi)的電場(chǎng)分布變得更加均勻，有利于鋅的均勻沉積。

04?重要結(jié)論

????總結(jié)了鋅離子電池隔膜的研究進(jìn)展，比較了相應(yīng)的Zn//Zn電池的循環(huán)性能，并展望了未來(lái)的挑戰(zhàn)和研究方向：

????（1）當(dāng)前關(guān)于鋅離子電池隔膜的研究尚停留在實(shí)驗(yàn)室階段，迫切需要發(fā)展產(chǎn)業(yè)化制造技術(shù)，以滿(mǎn)足大規(guī)模的實(shí)際應(yīng)用需求；

????（2）研究最多的玻璃纖維和Nafion膜隔膜價(jià)格昂貴，力學(xué)性能差，需要開(kāi)發(fā)價(jià)格低及力學(xué)性能好的其他隔膜體系；

????（3）隔膜的厚度需要進(jìn)一步減少，推測(cè)低于20 μm的厚度是最優(yōu)選擇；

????（4）隔膜改性劑和表面官能團(tuán)的作用機(jī)制有待進(jìn)一步研究證實(shí)；

????（5）有待闡明影響隔膜性能的關(guān)鍵參數(shù)。

作者簡(jiǎn)介：

陳繼章，南京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師。入選江蘇特聘教授、江蘇省“六大人才高峰”、南京林業(yè)大學(xué)青年拔尖人才培養(yǎng)計(jì)劃。已經(jīng)在Advanced Materials、Nano Energy、Journal of Materials Chemistry A等期刊發(fā)表SCI論文60余篇，其中影響因子10以上14篇。h指數(shù)22；獲3項(xiàng)授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利。目前研究方向包括鋅離子電池、鋰離子電池、超級(jí)電容器。

徐信武，教授、博士生導(dǎo)師?，F(xiàn)任南京林業(yè)大學(xué)副校長(zhǎng)。主要從事木質(zhì)復(fù)合材料領(lǐng)域的科學(xué)研究與工程轉(zhuǎn)化，參與完成了農(nóng)作物秸稈人造板制造與產(chǎn)業(yè)化、定向結(jié)構(gòu)板產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用技術(shù)、速生木材改性增強(qiáng)及應(yīng)用等領(lǐng)域或項(xiàng)目的研發(fā)工作，致力于木材/塑料/橡膠功能復(fù)合材料新領(lǐng)域。在國(guó)內(nèi)外核心刊物發(fā)表學(xué)術(shù)論文90余篇，作為第一發(fā)明人授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利7件，出版教材1部。先后獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、省部級(jí)科技獎(jiǎng)勵(lì)4項(xiàng)。

Energy Reviews

簡(jiǎn)介?

????《Energy Reviews》是由深圳大學(xué)主辦，聯(lián)合 Elsevier出版集團(tuán)創(chuàng)辦的一本國(guó)際性、跨學(xué)科、高質(zhì)量開(kāi)放獲取?(Open Access)?學(xué)術(shù)期刊，由謝和平院士擔(dān)任創(chuàng)刊主編，美國(guó)工程院Derek Elsworth院士、中國(guó)科學(xué)院何雅玲院士、李永舫院士、香港理工大學(xué)倪萌教授擔(dān)任聯(lián)合主編。發(fā)表能源領(lǐng)域前沿方向、最新進(jìn)展、發(fā)展趨勢(shì)、權(quán)威觀點(diǎn)等高質(zhì)量學(xué)術(shù)文章，構(gòu)建全球能源一流成果和一流學(xué)者的合作交流平臺(tái)，向公眾傳播有影響力的能源領(lǐng)域研究成果。接收包括但不限于能源研究的新理論、新方法和新技術(shù);?能源研究的多學(xué)科（材料、物理、化學(xué)、生物等）交叉融合探索技術(shù);?化石能源低碳利用與CCUS;?氫能、可再生能源與儲(chǔ)能先進(jìn)技術(shù);?新型能源轉(zhuǎn)換方式探索與應(yīng)用;??能源領(lǐng)域現(xiàn)代信息技術(shù)（人工智能，大數(shù)據(jù)）等相關(guān)方向的優(yōu)質(zhì)稿件。

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