随着全球清洁能源需求的持续攀升，高效可靠的储能系统已成为实现能源结构转型的关键。水系锌离子电池（AZIB）凭借高安全性、低成本及环境友好等特点，被视为极具潜力的下一代大规模储能技术。然而，锌负极在循环过程中产生的枝晶生长、析氢及腐蚀等问题严重限制了其商业化进程，特别是枝晶引发的尖端效应会导致隔膜穿透及电池短路，缩短循环寿命。因此，开发能够精准调控离子流分布并优化沉积行为的高性能功能隔膜，对于提升AZIB 的安全性与稳定性至关重要。

近日，江西理工大学范兰兰博士团队在国际环境与化学工程顶级期刊《Chemical Engineering Journal》上，发表了题为”Molecularly engineered ion-tunnelling separator with solvation-shell disruption for ultrastable dendrite-free aqueous zinc batteries”的最新研究成果。研究者通过结合静电纺丝与液相转化工艺，成功构筑了一种负载埃洛石纳米管（HNTs）且具备分子工程化特性的非对称三明治孔结构功能隔膜。该4%-HPGS 隔膜由指状大孔顶层、致密纳米纤维中间层以及海绵状微孔底层组成，具备“上层快速传输、中层刚性支撑、下层均匀调节”的协同效应。这种独特的架构不仅赋予隔膜高达29.7 mS cm^-1的离子电导率，还能有效平衡离子通量分布，抑制枝晶生长。

图 1 合成示意图及SEM图

HPGS隔膜卓越的性能应归功于其在分子层面对锌沉积行为的精准调控。研究发现，HNTs 表面富含的强负电性Si-O基团能通过强大的静电相互作用吸引Zn²⁺，有效破坏并重构其水合溶剂化壳层，将原本的六水合锌离子转化为更稳定的局部溶剂化微环境。这一“溶剂化壳层破坏”策略将脱溶剂能垒从1.2 eV 降低至0.7 eV，显著提升了电荷转移效率。此外，隔膜展现出极强的亲锌特性，能诱导锌优先沿（002）晶面取向沉积，促进锌的水平且均匀生长，从根本上解决了有害枝晶的形成问题。

图 2 锌离子在不同体系中的结合能的变化

将该功能隔膜作为电池组件进行测试，对称电池在1 mA cm^-1/1 mAh cm^-2条件下展现出超过3500 小时的超长循环稳定性。组装的Zn-V全电池在1 A g^-1电流密度下循环1000 次后，容量保持率仍高达93%。此外，软包电池在0°至90°的不同弯曲角度下均展现出稳定的开路电位与电化学稳定性，充分说明了电极材料与隔膜间形成了良好的界面接触，有望成为开发高效、安全且耐用的柔性能源存储设备的理想选择。

图 3 隔膜组成的全电池电化学性能

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.173397

人物简介：

范兰兰，江西理工大学国际创新研究院特聘副教授，硕士生导师，科研方向聚焦高效二次电池材料与器件，致力于水系锌离子电池电极、隔膜及电解质体系的研究。主持和参与多项江西省自然基金及国家自然科学基金，以第一/通讯作者发表SCI论文20余篇。