中南大学方国赵&湖南理工学院周苗ESM：水系锌离子电池中的隔膜——界面化学和优化策略

第一作者：杨露，周苗

通讯作者：方国赵*，周苗*

单位：中南大学 ，湖南理工学院

水系锌离子电池（ZIBs）具有环保、低成本、本征安全等优点，被认为是大规模储能的候选者。然而，目前仍有许多科学和技术问题尚未解决，尤其是对界面电化学行为的基本认识，因为界面电化学行为会深刻影响水系锌离子电池的电化学性能。近年来，隔膜改性作为性能提升的有效方法受到了广泛关注，但对隔膜诱导的界面化学的探讨和展望仍处于初步阶段。因此，系统、深入地了解隔膜操作对离子电化学行为的影响，对于指导基础研究和进一步的实际应用具有重要意义。

近日，来自中南大学方国赵教授团队，湖南理工学院周苗老师在知名期刊Energy Storage Materials上发表题为”Separators in aqueous zinc-ion batteries: Interfacial chemistry and optimization strategies”的综述。在本综述中，作者关注隔膜的基本特性、电极/电解质界面（EEI）上的各种离子电化学行为以及优化策略。最后一部分提出了在水系锌离子电池中选择或者改性隔膜的实际考虑因素，以及该领域的发展前景。

在电池系统中，隔膜被认为是关键部件，因为它用作电解质的储存器以介导离子的传输路径，并产生物理隔离以防止在充电/放电过程期间电池短路。它的微观结构和物理化学性质对电池的电化学性能、使用寿命和安全性有显著影响。综述阐述了从隔膜的结构特性、物理化学特性、机械强度三个方面对水系锌离子电池的影响，包括隔膜的组成、厚度、孔隙率、耐热性、稳定性、润湿性、抗拉强度、穿刺强度。

对现有的且价格低廉的隔膜（如滤纸）进行改性可以解决电极界面的问题，提升电池性能。作者总结了目前用于改性隔膜的策略三个基本出发点，即均匀沉积、离子扩散调节和电极保护，这一部分重点关注电极/电解质界面（EEI）上的各种离子电化学行为以及优化策略。

隔膜的改性策略受到常见商用隔膜材料的内在特性的限制。新型隔膜的开发可以满足 ZIB的特定功能。一些具有较好结构特性、物理性能和机械强度的材料成为新型隔膜的候选材料。复合隔膜可以通过引入各种材料来形成，例如金属有机框架 （MOF）、MXenes 和 nafion。此外，虽然常用的商用隔膜，如纤维素基隔膜和无纺布隔膜，已在其他电池系统中得到广泛研究，但它们在ZIB中的研究有限。基于这些新型复合隔膜的电池系统在比容量、倍率性能和循环寿命方面表现出更好的电化学性能，这一部分分析并讨论了适用于水系锌电的新型隔膜的开发。

目前，对于水系锌电隔膜的大部分工作仅集中在性能改进上，但问题仍然突出：（1）隔膜如何在原子水平上诱导EEI界面化学的影响机制尚不清楚;（2）隔膜与其他组分的相容性仍缺乏系统研究;（3）整个电池的内部结构和组装方法需要进一步研究等，文章最后作者提出了相应的展望与思考。

Separators in aqueous zinc-ion batteries: Interfacial chemistry and optimization strategies，Energy Storage Mater. (2024).

方国赵，中南大学特聘教授，博导。主要从事低成本锌、钠二次电池及其关键材料研发，主持国家自然科学基金面上项目、国家重点研发计划子课题、湖湘青年科技创新人才项目、湖南省优青基金项目、中南大学创新驱动计划。入选科睿唯安(Clarivate)2022年度（交叉学科）、2023年度（材料学科）全球“高被引科学家”，获“湖南省优秀博士论文”、“中国百篇最具影响力国际学术论文”、“Advanced Powder Materials杰出贡献奖”、“eScience杰出贡献奖”等荣誉。

周苗，2022年5月博士毕业于在中南大学材料科学与工程学院学院，师从中南大学材料科学与工程系梁叔全教授，同年6月入职湖南理工学院机械工程学院，湖南省先进碳基功能材料重点实验室成员。长期从事低成本储能锌/锰/钒基关键电极材料开发、电解液调控及界面电化学反应机制等方面的研究。以第一/通讯作者在Adv. Mater.、Energy Storage Mater.、J. Energy Chem.、eScience、中国有色金属学报等国内外期刊发表学术论文8篇，参与发表学术论文16篇；发表的论文曾入选热点论文2篇、ESI高被引论文4篇，总引用1080余次、单篇最高被引372次（截至2023年11月）。另外，申请人还申请专利8项、授权2项；主持国家自然科学基金青年科学基金项目（52301273）1项、湖南省教育厅科学研究项目重点项目（22A0479）1项，参与国家自然科学基金重点项目（51932011）和面上项目（52072411）各1项，参与国家重点研发计划子课题（2022YFB4003801）项目1项；与湖南完镁航材研发有限公司、重庆昱华新材料科技有限公司实施产学研合作项目2项。

杨露，中南大学材料科学与工程学院，博士。主要从事锌离子电池研究，以第一作者在Small Meth., Adv. Funct. Mater., Energy Storage Mater.等期刊发表学术论文。