近年来，具有超高理论比容量（5855 mAh cm^-3）的锌金属负极已经引起了人们极大的兴趣。此外，锌具有很高的氧化还原电位，这使得它能够在温和的水溶液中工作，离子电导率比在有机电解质中高出几个数量级。同时，锌的其他优点还包括不可燃性、低成本和高安全性。然而，其电化学稳定性差、循环寿命不理想是制约其规模化利用的主要瓶颈。这主要源于负极一侧的枝晶生长、表面钝化和副产物的形成。

近日，苏州大学孙靖宇教授，北京大学刘忠范院士报道了通过在商用玻璃纤维隔膜一侧直接生长垂直石墨烯（VG）地毯，在整个化学气相沉积过程中开发了一种Janus隔膜。

文章要点

1）通过简单的空气等离子体处理，实现了氧和氮杂原子在裸石墨烯上的成功结合。由此得到的三维VG支架具有较大的比表面积和多孔结构，可以看作是平面锌负极的延续。反过来，Janus隔膜获得了均匀的电场分布，降低了负极/电解液界面的局部电流密度，并利用良好的亲锌特性建立了均匀的锌离子通量。

2）这种隔膜工程为锌离子混合电容器提供了令人印象深刻的倍率和循环性能（在5 A g^-1的5000次循环中达到93%)，同时为V₂O₅/Zn电池提供了出色的能量密度（182 Wh kg^-1）。

该策略具有很大的可扩展性和成本效益，可作为保护可充电电池中主流金属负极（Zn、Na和K）的通用途径。

Chao Li, Directly Grown Vertical Graphene Carpets as Janus Separators toward Stabilized Zn Metal Anodes, Adv. Mater. 2020

DOI: 10.1002/adma.202003425

https://doi.org/10.1002/adma.202003425.