上大王勇EnSM：实现长寿命的稳定锌金属负极的功能超分子

锌（Zn）金属负极作为高能锌基电池的有前途的候选材料，因其高比容量和安全性而受到越来越多的关注。然而，无法控制和致命的锌枝晶问题在实际应用中表现出很大的局限性。

在此，上海大学王勇教授等人设计了一种使用超分子（SM）的新型玻璃微纤维（GF）隔膜（GF@SM），与未改性的隔膜相比，GF@SM中丰富的极性基团（氨基、羰基和三嗪）显示出对Zn²⁺的有益吸附，并防止了Zn²⁺和Zn枝晶的局部积累。

在镀锌/脱锌过程中，复合隔膜就像一个筛子，有利于分散均匀分布的锌离子，避免镀锌金属的集中聚集。特别是，在含有GF@SM的电池中，迁移的Zn²⁺将被很好地诱导均匀沉积在基底上，这可以通过原位光学显微镜观察证明。同时，极性基团与锌离子之间的强吸附可以通过DFT计算得到证实。

图1. 原始隔膜、GF@SM隔膜的示意图及表征

因此，当应用于锌金属电池时，GF@SM隔膜可以有效提高电化学性能。对于恒电流充电/放电测试，具有GF@SM的Zn对称电池可以提供2000小时的超长寿命和稳定的电压极化。

基于GF@SM复合隔膜的Zn|MnO₂全电池在1 A g^-1下循环 1000 次后表现出稳定且高的比容量（159.8 mAh g^-1）和优异的倍率性能。这种复合隔膜的不寻常设计及其有前途的应用为安全和高性能的锌金属电池提供了有益的指导。

图2. 基于两种隔膜的Zn|MnO₂全电池的电化学性能

Uniform Distribution of Zinc Ions Achieved by Functional Supramolecules for Stable Zinc Metal Anode with Long Cycling Lifespan, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.11.002

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