调节分隔材料化学性质：通过功能化壳素纤维提高锌负极兼容性
材料科学
2026-01-07 v2
摘要
aqueous zinc (Zn) 电池 (AZBs) 面临着锌负极与常规分隔材料兼容性有限的挑战，导致锰形柱状物生长、氢演化反应 (HER) 以及循环寿命差的问题。尽管分隔材料的设计对于优化电池性能至关重要，但其潜力仍未得到充分探索。常用的玻璃纤维 (GF) 过滤器并非为电池分隔材料而设计。为解决其局限性，本研究利用来源于废弃虾壳的壳素纳米材料制造含不同浓度胺基和羧基功能团的分隔材料。本文研究了这些功能团的类型和浓度如何影响分隔材料的性能和表现。在弱酸电解液中，胺基被质子化后，结果显示，分隔材料中氨onium 和羧基团的密度显著影响水结构和离子导电性。准弹性中子散射 (QENS) 结果表明，低功能化壳素，特别是仅含氨onium 基团的壳素，可促进强结合水分子形成受限的运动，从而增强锌沉积和剥离动力学。这些分隔材料在低电流密度 (0.5 mA/cm2) 下可维持超过 2000 小时的优异锌稳定性，保持低电压和稳定极化。此外，由 Zn||NaV3O8.1.5H2O 组成的全电池在 2 A/g 下循环寿命超过 2000 次，表明壳素基分隔材料与低浓度功能表面基团的兼容性良好。这些结果表明，简单分隔材料设计对提高 AZBs 的整体性能至关重要。
引用
@article{arxiv.2512.19449,
title = {Tuning Separator Chemistry: Improving Zn Anode Compatibility via Functionalized Chitin Nanofibers},
author = {Ibrahim Al Kathemi and Vishnu Arumughan and Mohamed Zbiri and Marcel Kröger and Ira Smal and Eero Kontturi and Roza Bouchal},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.19449},
year = {2026}
}