水系鋅金屬電池在固定儲能技術(shù)方面具有廣闊的前景，但不穩(wěn)定的鋅-電解質(zhì)界面導(dǎo)致鋅金屬負(fù)極令人討厭的枝晶生長和低循環(huán)效率大大阻礙了它們的實(shí)際應(yīng)用。

在此，西北工業(yè)大學(xué)王建淦教授團(tuán)隊(duì)提出了一種多功能的分子刷表面接枝策略，以合理地構(gòu)建一個穩(wěn)健的離子調(diào)節(jié)界面，用于超穩(wěn)定的Zn負(fù)極。

分子刷的致密磺基末端納米通道可作為離子再分配器，以高轉(zhuǎn)移均勻化界面上的Zn²⁺通量，并通過抑制水合Zn²⁺的去溶劑化勢壘來加快沉積動力學(xué)。

圖1. PSPMA分子刷界面層的作用機(jī)制

總而言之，本文通過簡單的光引發(fā)表面自由基聚合策略，構(gòu)建了堅(jiān)固而輕質(zhì)的PSPMA分子刷接枝界面，用于高效和無枝晶的鋅金屬負(fù)極。

該界面提供了密集的磺基端部納米通道，作為一種強(qiáng)大的離子再分布器，可以快速均勻地引導(dǎo)Zn²⁺通量和沉積，提高了水合Zn²⁺的遷移數(shù)，降低了Zn²⁺的脫溶勢壘能。

因此，設(shè)計(jì)的PSPMA@Zn負(fù)極可在900次循環(huán)中提供高達(dá)99.9%的庫侖效率，在10 mA cm^-2的高電流密度下，超長鍍鋅/脫鋅壽命超過2500小時，積累了前所未有的12.5 Ah cm^-2的電鍍?nèi)萘俊８男载?fù)極還使全電池實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的速率和循環(huán)性能。

本研究不僅為親鋅基團(tuán)表面接枝聚合物分子刷提供了一種多功能的設(shè)計(jì)策略，而且從根本上闡明了其在穩(wěn)定鋅金屬負(fù)極方面的卓越意義，為鋅金屬電池及其他領(lǐng)域開辟了新的動力。

圖2. Zn||MnO₂全電池PSPMA@Zn負(fù)極的實(shí)際演示

Molecular brush: an ion-redistributor to homogenize fast Zn2+ flux and deposition for calendar-life Zn batteries, Energy & Environmental Science 2023 DOI: 10.1039/d2ee03952d