在水系电池中使用锌（Zn）金属作为阳极提供了一种环保且经济高效的能源储存解决方案。然而，锌枝晶的形成严重限制了电池在实际应用中的循环寿命。在此，我们展示了一种商用亲水性聚四氟乙烯（PTFE）膜作为隔膜，可显著延长锌金属阳极的循环寿命。与传统的脆性玻璃纤维隔膜相比，浸湿的聚四氟乙烯隔膜表现出较高的机械强度（应变为41.4%时的应力为34.3MPa）和良好的亲水性，两者都能有效抑制枝晶的生长。事实证明，均匀、坚固的孔隙结构有利于实现均匀的Zn2+离子通量和较高的Zn2+转移数（0.81），从而保证了锌的可逆镀层/剥离。作为概念验证，聚四氟乙烯隔膜将循环寿命大幅延长至3000 小时以上，并使未经改良的2mZnSO4水电解液中的镀锌/剥离效率达到99.5%。这一进步凸显了聚四氟乙烯隔膜在提高锌离子水电池（AZIB）循环耐久性方面的巨大潜力。
图文简介
使用 a) GF和 b) PTFE隔膜进行锌电沉积的示意图
a) GF和 b) PTFE隔膜的扫描电镜显微照片和结构示意图在1 mA cm-2下循环100 次后，GF和PTFE隔膜以及锌箔的照片和光学显微照片。(1, 2) GF和(6, 7)PTFE隔膜的照片；(3, 4)GF和 (8, 9)PTFE隔膜的显微照片；使用(5)GF 和(10)PTFE隔膜的锌箔表面显微照片；隔膜直径为16 毫米，刻度线为1 毫米)。
b) 在1 mA cm-2电流下循环20 次后，带有GF和PTFE隔膜的Zn箔的LCSM图像。c) 带有GF和PTFE隔膜的对称Zn电池的速率性能；带有GF和PTFE隔膜的对称Zn电池在 d) 0.5、e) 1 和 f) 10 mA cm-2电流密度下的循环稳定性能。
a) 带PTFE和GF隔膜的Zn||Zn电池在-15 mV电压下的CA曲线和离子传输数（插图显示初始状态和稳定状态下相应的Nyquist 图）；b) 带GF和PTFE隔膜的 Zn||Ti电池的CV曲线；c) 带GF和PTFE隔膜的Zn||Cu电池的CA曲线；d) 带GF和PTFE隔膜的Zn||Cu半电池的过电位。
a) 电流密度为10 mA cm-2时，带有GF和PTFE 隔膜的Zn||Cu半电池的库仑效率。b) 带有PTFE隔膜的Zn||MnO2全电池的速率性能。c,e) 带有GF和 d,f) PTFE隔膜的Zn||MnO2全电池在4 C下的循环性能。g) GF和 h) PTFE隔离层在1000 次循环后的扫描电镜显微照片。
论文信息
原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202316619
通讯作者：Huijun Yang, Eunjoo Yoo
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