近日，课题组硕士生亢元红在锌碘电池隔膜设计方面取得新进展，相关成果“A Janus Separator based on Cation Exchange Resin and Fe Nanoparticles-decorated Single-wall Carbon Nanotubes with Triply Synergistic Effects for High-areal Capacity Zn-I₂ Batteries”发表在国际知名期刊“Angewandte Chemie International Edition”上。

由于低成本和内在安全性，Zn-I₂电池在水系锌金属电池（AZMB）家族中脱颖而出。然而，锌枝晶生长、聚碘化物穿梭效应和缓慢的碘氧化还原动力学导致Zn-I₂电池的容量急剧衰减。而隔膜的改性，不涉及复杂的电极设计，似乎是调节负极和正极界面环境的直接有效的方法。

基于此，本工作设计了基于阳离子交换树脂和铁金属纳米颗粒修饰的单壁碳纳米管的Janus隔膜，通过三重协同效应旨在同时解决上述问题用于高面容量的锌碘电池。

变温阻抗、离子迁移数测试、电化学测试等实验和分子动力学（MD）模拟计算共同表明由于阳离子交换树脂（Dowex）中富含的-SO₃^-基团与Zn²⁺优先配位，使得Dowex/GF隔膜表现出较低的去溶剂化能垒、增强耐腐蚀性和较高的Zn²⁺迁移数，同时排斥有害的SO₄^2-/聚碘化物，协同提高阴极/阳极界面的稳定性。

原位拉曼、渗透实验、循环伏安法等实验和DFT计算证明，对于Fe金属纳米颗粒修饰的单壁碳纳米管正极层而言，比表面积大的单壁碳纳米管可物理吸附聚碘化物，而Fe金属纳米颗粒可化学吸附聚碘化物，诱导I-I键断裂，生成I^-，从而催化加速I₂/I^-的氧化还原动力学，同时有效抑制聚碘化物的穿梭效应。

最终，该Janus隔膜可有效地将锌金属负极的寿命提高到2500小时，平均库仑效率高达99.5%，使得高面积容量Zn-I₂电池实现30000圈的超长循环寿命，面积容量高达3.6 mAh cm^-2。除此之外，由于其结构的独特性和制作过程的简化，所提出的Janus隔膜设计为开发具有良好应用前景的高面积容量Zn-I₂电池提供可能的机会。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202300418