福建农林大学袁占辉团队生物质储能双突破，IF 23.2顶刊连发！

近日福建农林大学袁占辉教授团队在国际顶级期刊Advanced Composites and Hybrid Materials（中科院一区，IF：23.2）上同时发表了题为“Rational synthesis of sea urchin-like NiCo-LDH/tannin carbon microsphere composites using microwave hydrothermal technique for high-performance asymmetric supercapacitor”和“Enhanced electrochemical performance of zinc-ion batteries using functionalized nano-chitin separators”两篇生物质储能的重要研究性论文。福建农林大学均为第一单位，材料工程学院的赵伟刚和李燃副教授分别为两个研究工作的主要贡献人，袁占辉教授为通讯作者。

研究工作一：

原文链接：https://doi.org/10.1007/s42114-025-01220-5

随着全球能源转型加速，开发高能量密度、长寿命的储能技术成为应对可再生能源间歇性挑战的关键。传统超级电容器虽具快速充放电优势，却受限于碳基材料的低理论电容与金属氧化物导电性差、易团聚等瓶颈。在此背景下，本研究以天然生物质单宁为碳源，通过微波水热协同KOH活化技术，成功制备出海胆状NiCo-LDH/单宁碳微球复合材料，为高性能不对称超级电容器提供了创新解决方案。该材料突破性地将生物质衍生碳的环保优势与过渡金属氢氧化物（LDH）的高理论电容相结合，构建出独特的“核-壳”三维结构：碳微球内核有效抑制NiCo-LDH纳米片的团聚并增强导电性，外层海胆状纳米针阵列则大幅提升活性位点密度与离子传输效率。实验数据显示，NiCo-LDH@TAC600-0电极在1 A g^-1电流密度下实现1250 F g^-1的超高比电容，能量密度达30.8 Wh kg^-1（功率密度800 W kg^-1），组装的非对称器件在5000次循环后容量保持率达72.5%，综合性能显著优于同类材料。此项研究不仅攻克了生物质碳微观结构调控与LDH界面优化的技术难题，更以可再生、低成本的绿色合成路径，为电动汽车、智能电网及便携电子设备的高效储能提供了新范式，标志着生物质资源高值化利用迈向新高度，助力“双碳”目标下清洁能源体系的可持续发展。

图1. 基于单宁生物质的海胆状NiCo-LDH/单宁碳微球复合材料制备过程示意图

研究工作二：

原文链接：https://doi.org/10.1007/s42114-025-01211-6

该文章研究了经过脱乙酰化的纳米甲壳素隔膜在水系锌离子电池中的应用。尽管生物质材料在水性锌离子电池隔膜领域的应用取得了重大进展，但目前的大多数制造工艺仍然非常复杂且性能较差。本文首先在碱性条件下处理甲壳素0-4小时，然后使用胶体磨在酸性环境中进一步研磨可得到纳米级甲壳素，最后经过抽滤和干燥得到不同脱乙酰度的纳米甲壳素隔膜。其中，D-4-ChNF隔膜以其均匀分布的纳米通道、卓越的机械强度和出色的电化学稳定性脱颖而出。另外，甲壳素上C2位置的O=C-NH-基团脱乙酰化为-NH2，增强了与 Zn2+的强配位，这种改性促进了锌离子在负极表面的均匀沉积，形成光滑的镀锌层，有效阻止了锌枝晶的形成和生长。D-4-ChNF隔膜具有低成本和高稳定性，为提高水系锌离子电池的性能和实际应用提供了有前途的解决方案，为高效和可持续储能技术的发展提供了新的见解。

图1.（a）D-x-ChNF 隔膜的制备示意图；（b）D-0-ChNF 和（c）D-4-ChNF 悬浮液的TEM图像；（e）GF、（f）D-0-ChNF和（g）D-4-ChNF和（d）纳米甲壳素隔膜相应EDS结果的 SEM 图像；（h）FTIR 光谱、（i）XRD 图谱以及（j）GF、D-0-ChNF和D-4-ChNF隔膜的应力-应变曲线。

图2. 不同温度下Zn对称电池与（a）GF和（b）D-4-ChNF隔膜的Nyquist图；（c） 使用GF、D-0-ChNF和D-0-ChNF隔膜的Zn对称电池的Arrhenius曲线和相应的脱溶剂活化能值；（d）用于计算离子电导率的Nyquist图；（e）基于GF、D-0-ChNF和D-4-ChNF隔膜的Zn-Ti半电池的CV曲线；（f）在1 mA cm-2和1 mAh cm-2处的初始电压-时间曲线和（g）使用 GF、D-0-ChNF和D-4-ChNF隔膜的Zn//Cu电池的CE；（h）-150 mV电位下的CA曲线，以及（i）受GF、D-0-ChNF 和 D-4-ChNF 隔膜保护的Zn电极在1 mV s-1处的塔菲尔图。

图3 使用GF、D-0-ChNF和D-4-ChNF隔膜的Zn//Zn电池的循环性能：（a）电流密度为5 mA cm^-2，循环容量为5 mAh cm^-2和（b）选定循环次数的详细电压曲线，以及（c）在10 mA cm^-2的电流密度下，循环容量为5 mAh cm^-2和（d）选定循环次数的详细电压曲线；（e）具有不同隔膜的电池的倍率性能，范围从1到3、5、7和10 mA cm^-2；（f）基于D-4-ChNF隔膜的锌对称电池的循环性能与先前研究的比较。

图4. 具有各种隔膜的Zn对称电池中镀锌和剥离的可逆性。使用（a）和（d）GF 、（b） 和（e）D-0-ChNF、（c）和（f）D-4-ChNF隔膜在5 mA cm^-2的电流密度和5 mAh cm^-2的容量下循环60次后Zn阳极的SEM和LCSM图像；（g）GF和D-4-ChNF对应的浓度场模拟；（h）GF和D-4-ChNF隔膜上Zn沉积行为的示意图。

图5. Zn//NVO全电池的电化学行为：（a）电池充满的示意图；（b）1 mV s^-1时的CV曲线，（c）充放电曲线，（d）各种电流下的速率能力；（e）5 A g^-1和（f）10 A g^-1时的循环性能。