水系锌基电池的发展受到锌枝晶的严重制约，应对这一挑战的潜在解决方案是使用高模量隔膜，然而在单一隔膜中同时实现高模量和高离子电导率，仍是一项艰巨任务。
在此，南京林业大学陈继章团队设计了一种各向异性且可生物降解的隔膜。该设计显著提高了沿取向方向的模量，同时通过对齐的垂直通道促进了Zn²⁺的快速传输。此外，该结构实现了隔膜厚度低且枝晶抑制能力强的目标。有限元模拟和全面的实验验证证实了此结果，同时也凸显了提高隔膜模量的关键作用。通过采用这种各向异性隔膜，Zn||Zn电池实现了更长的使用寿命，全电池的循环性能也得到改善。
图1. 锌沉积过程的有限元模拟结果和图示
总之，该工作开发了一种由纳米纤维素和壳聚糖组成的各向异性隔膜（V-NFC-CS，厚度23 μm），旨在解决AZIBs中严重的枝晶问题。得益于该种仿生设计，隔膜沿取向方向的机械性能得到显著提升，且在垂直排列的通道内，Zn²⁺的传输也得到极大促进。
基于此，V-NFC-CS隔膜在z轴方向上同时展现出7.3GPa的高模量以及20.5 mS cm⁻¹的高离子电导率。结果显示，配备V-NFC-CS隔膜的Zn||Zn电池在10 mA cm⁻²和2 mAh cm⁻²的条件下，过电位降低，使用寿命延长至1000小时，即使在高达25 mAh cm⁻²的面容量和85.4%的高DOD下，仍能可靠运行。
此外，在Zn||MnO₂电池中，使用V-NFC-CS隔膜可在1000次循环后实现96.2%的高容量保持率以及出色的倍率性能。在低N/P比条件下，以及软包电池、Zn||HAVO电池和ZHS装置中，也能观察到V-NFC-CS隔膜的有益效果。因此，该工作不仅为高性能AZIBs提出了一种仿生理念，还强调了提高隔膜模量的重要性。
图2. 电池性能
Biomimetic and biodegradable separator with high modulus and large ionic conductivity enables dendrite-free zinc-ion batteries, Nature Communications 2025 DOI: 10.1038/s41467-025-56325-8