王建淦教授EES：用于均匀化日历寿命锌电池的快速 Zn2+ 通量和沉积的离子再分布器

水系锌金属电池在固定储能技术方面具有广阔的前景，但不稳定的锌-电解质界面导致锌金属负极令人讨厌的枝晶生长和低循环效率大大阻碍了它们的实际应用。

在此，西北工业大学王建淦教授团队提出了一种多功能的分子刷表面接枝策略，以合理地构建一个稳健的离子调节界面，用于超稳定的Zn负极。

分子刷的致密磺基末端纳米通道可作为离子再分配器，以高转移均匀化界面上的Zn²⁺通量，并通过抑制水合Zn²⁺的去溶剂化势垒来加快沉积动力学。

图1. PSPMA分子刷界面层的作用机制

总而言之，本文通过简单的光引发表面自由基聚合策略，构建了坚固而轻质的PSPMA分子刷接枝界面，用于高效和无枝晶的锌金属负极。

该界面提供了密集的磺基端部纳米通道，作为一种强大的离子再分布器，可以快速均匀地引导Zn²⁺通量和沉积，提高了水合Zn²⁺的迁移数，降低了Zn²⁺的脱溶势垒能。

因此，设计的PSPMA@Zn负极可在900次循环中提供高达99.9%的库仑效率，在10 mA cm^-2的高电流密度下，超长镀锌/脱锌寿命超过2500小时，积累了前所未有的12.5 Ah cm^-2的电镀容量。改性负极还使全电池实现增强的速率和循环性能。

本研究不仅为亲锌基团表面接枝聚合物分子刷提供了一种多功能的设计策略，而且从根本上阐明了其在稳定锌金属负极方面的卓越意义，为锌金属电池及其他领域开辟了新的动力。

图2. Zn||MnO₂全电池PSPMA@Zn负极的实际演示

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