基于鋅金屬負極的水系電池具有高比能、固有安全性和低成本等優點，在可擴展儲能方面具有很大的潛力。然而，鋅負極的可逆性差，特別是在高鋅利用率的條件下，其循環穩定性有限。

在此，中國科學院上海硅酸鹽研究所劉宇研究員&遲曉偉副研究員團隊設計了一種新的無機/有機雜化隔膜（P/FS-Z），由疏水性PTFE基體，親水性氣相二氧化硅填料和鋅鹽組成。通過對其親疏水性的精細平衡，P/FS-Z隔膜在Zn²⁺的脫溶、電解質的pH、界面的親疏水性三個方面的調控下，表現出更加平衡的傳質能力和可控的界面反應。新開發的P/FS-Z隔膜具有高達12 000 mA h cm^-2的超高Zn累積沉積容量，并且在80% Zn DOD下具有700 h的長期循環壽命。

更重要的是，P/FS-Z隔膜由于其固有的高機械強度和電化學穩定性是完全可回收的。此外，該工作還展示了實際條件下的高比能軟包電池和柔性軟包電池，分別用于儲能和可穿戴設備。

圖1. P/FS-Z 隔膜的制造過程、機械特性和親水-疏水平衡

總之，該工作通過親疏水平衡設計策略，首次開發出一種機械堅固、化學惰性、熱穩定、離子導電性和電化學可逆的P/FS-Z隔膜，用于惡劣條件下的AZMB。受益于Zn²⁺的脫溶、電解質的pH和界面的疏/親水性的調節。P/FS-Z隔膜表現出更平衡的傳質動力學和界面穩定性。基于P/FS-Z隔膜，鋅||鋅對稱電池可在20 mA cm^-2電流密度下，在10 mA h cm^-2高面容量下穩定循環1200 h，在80% DOD下穩定循環700 h。

此外，本文采用P/FS-Z隔膜的鋅//二氧化錳電池在1 A g^-1條件下可穩定循環2000次，比容量高達244.1 mA h g^-1，容量保持率為97.23%。更重要的是，由于其固有的機械強度和電化學穩定性，P/FS-Z隔膜是完全可回收的。此外，還展示了低正負比(139.9 W h kg^-1，N/P = 1.17: 1)的高比能軟包電池和實用條件下(200次循環后CR = 99.27%)的可穿戴軟包電池，分別用于儲能和可穿戴設備。

圖2. 具有不同隔膜的Zn||MnO₂全電池的電化學性能

Highly-reversible and recyclable zinc metal batteries achieved by inorganic/organic hybrid separators with finely tunable hydrophilic–hydrophobic balance, Energy & Environmental Science 2023 DOI: 10.1039/d3ee01575k