鋅金屬在水系電解質(zhì)中的熱力學不穩(wěn)定性歸因于鋅負極嚴重的界面問題。

圖1 P-PFL@Zn的設(shè)計

復(fù)旦大學盧紅斌、北京科技大學張隆、小米電動車科技有限公司Zedong Zhao等采用主客體策略在鋅負極表面設(shè)計了一種類似混凝土結(jié)構(gòu)的富氟固液界面。具體而言，作者合成了一種含氟多孔共價有機框架（FCOF），作為封裝Zn(OTf)₂鹽和高化學惰性液態(tài)全氟聚醚（PFPE）的宿主。研究顯示，制備的富氟固液復(fù)合材料在Zn表面構(gòu)建了一個強疏水性無缺陷保護層（P-PFL@Zn），低表面能的液態(tài)全氟聚醚附著在Zn表面，消除了缺陷位點，并能承受循環(huán)過程中的動態(tài)界面波動。

此外，固態(tài)FCOF是一種多孔框架結(jié)構(gòu)，為限制全氟聚醚的流動性提供了快速離子傳輸通道和穩(wěn)定的封閉空間。Zn(OTf)₂鹽為界面?zhèn)鬏斕峁┝俗銐虻腪n²⁺離子，從而緩解了濃度極化。豐富的氟元素所賦予的水油不溶性和疏水性，限制了水通過P-PFL的滲透，從而有效防止了腐蝕反應(yīng)，延長了抗日歷老化壽命。

圖2 P-PFL的電化學性質(zhì)

實驗顯示，在靜態(tài)儲存條件下，P-PFL@Zn具有長達40天的優(yōu)異防腐蝕效果。在連續(xù)循環(huán)過程中，P-PFL層也具有很高的保形性，并能延緩枝晶的生長。由于P-PFL@Zn的協(xié)同優(yōu)勢，對稱電池在5 mAh cm^-2和10 mA cm^-2條件下的快速充電循環(huán)壽命達到900 h。在日歷老化循環(huán)模式（重復(fù)12小時靜置和30次循環(huán)）下，高面容量全電池的循環(huán)壽命為1000次，高容量保持率為90%。

此外，在有限的鋅用量和高電流密度（30 mA cm^-2）以及負/正極（N/P）容量比分別為4:1和9:1條件下的全電池的循環(huán)壽命分別超過1,000和10,000次。

圖3 電化學性能研究

Highly fluorinated non-aqueous solid-liquid hybrid interface realizes water impermeability for anti-calendar aging zinc metal batteries. Energy Storage Materials 2023. DOI: 10.1016/j.ensm.2023.102920