​三单位EnSM：高氟化非水固液混合界面实现抗日历老化的锌金属电池

锌金属在水系电解质中的热力学不稳定性归因于锌负极严重的界面问题。

图1 P-PFL@Zn的设计

复旦大学卢红斌、北京科技大学张隆、小米电动车科技有限公司Zedong Zhao等采用主客体策略在锌负极表面设计了一种类似混凝土结构的富氟固液界面。具体而言，作者合成了一种含氟多孔共价有机框架（FCOF），作为封装Zn(OTf)₂盐和高化学惰性液态全氟聚醚（PFPE）的宿主。研究显示，制备的富氟固液复合材料在Zn表面构建了一个强疏水性无缺陷保护层（P-PFL@Zn），低表面能的液态全氟聚醚附着在Zn表面，消除了缺陷位点，并能承受循环过程中的动态界面波动。

此外，固态FCOF是一种多孔框架结构，为限制全氟聚醚的流动性提供了快速离子传输通道和稳定的封闭空间。Zn(OTf)₂盐为界面传输提供了足够的Zn²⁺离子，从而缓解了浓度极化。丰富的氟元素所赋予的水油不溶性和疏水性，限制了水通过P-PFL的渗透，从而有效防止了腐蚀反应，延长了抗日历老化寿命。

图2 P-PFL的电化学性质

实验显示，在静态储存条件下，P-PFL@Zn具有长达40天的优异防腐蚀效果。在连续循环过程中，P-PFL层也具有很高的保形性，并能延缓枝晶的生长。由于P-PFL@Zn的协同优势，对称电池在5 mAh cm^-2和10 mA cm^-2条件下的快速充电循环寿命达到900 h。在日历老化循环模式（重复12小时静置和30次循环）下，高面容量全电池的循环寿命为1000次，高容量保持率为90%。

此外，在有限的锌用量和高电流密度（30 mA cm^-2）以及负/正极（N/P）容量比分别为4:1和9:1条件下的全电池的循环寿命分别超过1,000和10,000次。

图3 电化学性能研究

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