AFM: 两性离子改性聚丙烯腈纤维隔膜用于长寿命锌离子电池

水系锌离子电池（ZIBs）面临的主要挑战是枝晶的形成和锌金属阳极的钝化，这限制了其实际应用。本文以聚丙烯腈（PAN）和两性离子表面活性剂（甲基丙烯酸磺基甜菜碱，SBMA）为前驱体，通过电纺丝技术设计了一种改性PAN纳米纤维隔膜。带有磺酸基[SO3−]的SBMA可以在电纺丝过程中改变前驱体溶液的物理性质和静电场。此外，它还可以通过最小化锌箔表面由于极性基团引起的锌离子浓差极化来调节锌离子的交叉和均化电场。因此，在电流密度为1 mA cm-2 的情况下，采PAN@SBMA隔膜的锌对称电池具有长期稳定性（长达1700 小时），超过了采用GF-D隔膜的电池（仅长达50 小时）。同时，Zn//PAN@SBMA//NH4V4O10全电池具有较高的比容量（236 mAh g-1）和出色的长期耐久性，在5 A g-1 下循环2000 次后，容量保持率为84.2%。这项工作说明了一种简单有效的方法，即设计一种高离子转移数和功能性PAN基隔膜，用于调节Zn2+ 沉积，以开发高性能ZIB。

图文简介

a ) PAN隔膜在ZIBs中的工作机理。b，c ) PAN和PAN@SBMA的不同SEM图像。d ) PAN和PAN@SBMA的FT-IR曲线。e ) PAN基隔膜的柔性能力。f ) PAN@SBMA、GF-A和GF-D隔膜的厚度。g ) PAN@SBMA、PAN和GF-D隔膜的拉伸强度。

a )采用不同隔膜的Zn//Zn对称电池在1 mA cm -2电流密度下的循环性能，容量为1 mAh cm-2；b )采用不同隔膜的Zn//Zn对称电池在5 mA cm -2电流密度下的循环性能，容量为5 mAh cm-2；c )采用不同隔膜的Zn//Zn对称电池的不同电流密度倍率性能；d )原始Zn箔表面；e-g )分别采用GF-D、PAN、PAN@SBMA的Zn表面，循环100 h。

a )具有不同隔膜的Cu//Zn非对称电池的库仑效率( GF-D、PAN、PAN@SBMA)。b )分别使用GF-D、PAN和PAN@SBMA在裸Cu上沉积Zn的首圈过电位。c )使用GF-D、PAN和PAN@SBMA隔膜在1 mV s -1的扫描速率下测试Cu//Zn电池的CV曲线。d )使用不同隔膜的Tafel曲线。e-g )使用PAN@SBMA、PAN和GF-D隔膜组装的电池在极化前后的EIS谱和相应的10 mV电位下的IT曲线。

a-c ) GF-D，PAN，PAN@SBMA在不同扫速下的CV曲线；d )分别用PAN@SBMA，PAN，GF-D组装全电池的电化学阻抗谱( EIS )图谱；e )分别用PAN@SBMA，PAN，GF-D组装全电池的倍率性能；f )用PAN@SBMA隔膜组装全电池在不同电流下的恒流充电/放电曲线；g )分别用GF-D，PAN，PAN@SBMA组装全电池的长循环性能(电流密度为5 A g -1)。

论文信息

通讯作者： Yan Huang, Suzhu Yu, Jun Wei