随着可再生能源与储能系统的快速发展，安全、环保且高效的电化学储能技术备受关注。水系锌离子电池（AZIBs）因锌资源丰富、成本低、安全性高以及环保性好，被视为大规模储能的有力候选。然而，现有商用玻璃纤维（GF）隔膜存在厚度大、孔径分布不均、机械强度不足和界面兼容性差等问题，导致电解液浸润性差、内阻大、能量密度受限，并易诱发锌枝晶生长，引起短路和容量衰减。

近日，北京科技大学王东瑞教授团队在《ACS Applied Materials & Interfaces》期刊发表最新研究成果“Polyacrylonitrile/Polyimide Hybrid Nanofiber Separator for Energy-Dense Aqueous Zinc-Ion Batteries”。研究团队采用静电纺丝一步法成功制备了聚丙烯腈（PAN）/聚酰亚胺（PI）杂化纳米纤维隔膜。该隔膜厚度仅63 μm，孔隙率为83.9%，并具备24.65 MPa的高弹性模量，实现了薄型化、力学增强与高孔隙率的兼顾。

图1：静电纺丝制备PAN/PI复合纳米纤维膜的过程，及该隔膜在厚度、弹性模量及提升电池能量密度方面的优势。

图2：半电池的循环情况及隔膜调控锌离子传输实现均匀沉积。

如图2所示，使用该隔膜的AZIBs表现出卓越的循环稳定性。锌锌对称电池（Zn||Zn）在1 mA cm⁻²、1 mAh cm⁻²条件下，循环寿命长达2750 h；锌铜非对称电池（Zn||Cu）在2 mA cm⁻²、1 mAh cm⁻²下，701 次循环后平均库伦效率（CE）仍保持99.3%。通过SEM和XRD图像可以看出，PAN/PI隔膜可以使得锌离子均匀沉积。值得注意的是，PAN中的C≡N基团与PI的羰基等活性基团能够协同吸附Zn²⁺，显著提高Zn²⁺迁移数至0.68，促进离子定向传输，降低浓差极化，从而抑制枝晶生长并改善沉积形貌。

图3：全电池长体积能量密度、倍率性能及循环寿命。

如图3所示，ZnₓV₂O₅（ZVO）阴极配对的全电池，在5 A g⁻¹ 高电流密度下，初始比容量为204.7mAh g⁻¹，1000次循环后容量保持率达86.9%，展现出优异的倍率性能和长循环稳定性。同时，体积能量密度25.95 Wh L⁻¹（0.5 A g⁻¹），是传统GF隔膜系统（4.21 Wh L⁻¹）的6倍，为高能量密度AZIBs的实现提供关键支撑。该成果为后续AZIBs在大规模储能、柔性电子等领域的应用奠定了坚实基础，也展示了静电纺丝杂化纳米纤维膜在先进储能器件中的应用潜力。

论文链接：https://doi.org/10.1021/acsami.5c12089

人物简介：

王东瑞，北京科技大学化学与生物工程学院教授，博士生导师，长期从事储能材料与柔性电子器件研究，主持多项国家自然科学基金重点项目，在Advanced Materials、Small、Nano Letters等国际著名期刊发表研究论文110余篇，研究成果获省部级奖2项。