近日，我院刘哲轩课题组在水系锌离子电池（AZIBs）关键隔膜材料与离子传输机制研究方面取得重要突破，相关研究成果以“Decoupling Mass Transport in Wood‑Based Separators Enables Ion Selectivity for Highly Stable Aqueous Zinc-Ion Batteries”为题，发表在能源与环境科学交叉领域国际权威期刊《Energy & Environmental Science》（中科院1区Top，最新影响因子为30.5）。我校2024级硕士研究生尹伟为论文第一作者，我院2024级本科生李梦雪为论文第二作者，刘哲轩、材料与能源学院罗勇锋及中南大学方国赵为共同通讯作者。
针对水系锌离子电池中Zn2+与H2O相互作用强、易引发析氢产气、锌枝晶生长和正极材料溶解等问题，现有研究多通过溶剂化结构调控或单一降低水活性来抑制副反应，但难以同时兼顾Zn2+传输动力学与界面稳定性。该研究以榉木为原料，经脱木质素处理保留纤维素骨架，暴露大量羟基，构筑具有有序孔道的去木质素木基隔膜（DWS）。研究表明，DWS中的羟基可锚定水分子，破坏致密氢键网络，同时，Zn2+可在相邻溶剂化层间通过连续脱溶剂化/再配位实现“跳跃式”传输，从而减少水分子在电双层（EDL）中的积累，实现全过程的离子选择性。结合FTIR、LSV、XPS、分子动力学模拟和DFT计算等，研究系统阐明了DWS抑制HER和稳定界面的机制。得益于Zn2+与H2O的解耦传输，DWS全电池在5 mA cm−2高电流密度下循环4000圈后仍保持200 mAh g−1容量，保持率高达89.92%，有效稳定水性锌离子电池。
▲用于解耦Zn2+与H2O传输的木基隔膜设计示意图
该研究提出的强亲水木材基隔膜策略，通过解耦Zn2+与H2O传输，为高稳定水系锌离子电池及其实际应用提供了新思路。研究工作获国家自然科学基金、湖南省自然科学基金资助，有力支撑我校化学、林产化工学科高质量发展。
（一审/程钰莹 二审/邹敏 三审/彭金波）