Ion‐Sieving Effect Enabled by Sulfonation of Cellulose Separator Realizing Dendrite‐Free Zn Deposition

材料科学 分离器(采油) 化学工程 离子 纤维素 沉积(地质) 无机化学 纳米技术 有机化学 热力学 古生物学 化学 物理 沉积物 生物 工程类
作者
Weijun Zhou,Ming Yang,Minfeng Chen,Guifeng Zhang,Xiang Han,Jizhang Chen,Dingtao Ma,Peixin Zhang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202315444
摘要

Abstract Aqueous zinc‐ion batteries (AZIBs) hold great potential for grid‐scale energy storage systems, owing to their intrinsic safety and low cost. Nevertheless, their industrialization faces challenges of severe Zn dendrites and parasitic reactions. In this study, sulfonated cellulose separator (denoted as CF‐SO 3 ) with low thickness, exceptional mechanical strength, and large ionic conductivity is developed. Benefiting from the electrostatic repulsion between ─SO 3 − functional groups and SO 4 2− anions and the strongly interaction between ─SO 3 − and Zn 2+ cations, the migration of SO 4 2− anions can be restricted, the 2D diffusion of Zn 2+ ions at the surface of Zn electrode can be suppressed, and the desolvation of hydrated Zn 2+ ions can be promoted. Concurrently, the homogeneous nanochannels within CF‐SO 3 separator can ensure uniform electric field and Zn 2+ ion flux. With these benefits, the CF‐SO 3 separator enables Zn//Zn cells to run stably for 1200 h at 4 mAh cm −2 by facilitating oriented and dendrite‐free Zn deposition. Under a large depth of discharge of 68.3%, a life span of 400 h can still be achieved. Additionally, the reliability of CF‐SO 3 separator is confirmed in Zn//MnO 2 and Zn//H 11 Al 2 V 6 O 23.2 full batteries with high mass loading conditions. This work provides valuable guidance for the advancement of high‐performance separators of AZIBs.
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