先进院韩翠平Angew：富氟双保护层实现高可逆水系锌离子电池

锌金属负极（ZMA）的热力学不稳定性和副反应，特别是在高电流密度下，极大阻碍了水系锌离子电池（AZIBs）商业化发展。

在此，中国科学院深圳先进技术研究院韩翠平团队提出了一种富氟双保护层策略，即通过在水性电解液中引入一种多功能的十四氟壬烷-1,9-二醇（TDFND）添加剂来获得AZIBs的高可逆性。

具体而言，具有较大吸附能（-1.51eV）的TDFND分子优先吸附在Zn负极表面，形成Zn(OR)₂-(R=-CH₂-(CF₂)₇-CH₂-)交联复合网络，平衡空间电场并控制Zn²⁺离子通量，从而实现Zn(002)晶面的均匀致密沉积。同时，TDFND的低LUMO（, 0.10eV）能级被预先分解，通过构建富含ZnF₂的固体电极/电解质界面（SEI）层来调节ZMA界面化学性质。

结果显示，14nm厚的SEI层具有出色的结构完整性，可通过阻止活性水与ZMA的直接接触来抑制副反应。因此，在10mA/cm²条件下，锌电极的循环寿命超过430h；在5mA/cm²条件下，平均库仑效率高达99.8%。此外，68mAh软包电池在1000次循环中的容量保持率为80.3%

图1. Zn在BE和BE+5 mM TDFND电解质中的电镀/剥离行为比较

总之，该工作提出了一种有效的富氟双保护层策略，通过使用含有富-CF₂和-OH端基的多功能TDFND添加剂来实现AZIB的可逆性。基于详细的理论计算和实验表征，证明了具有较大吸附能（-1.51eV）的TDFND分子能优先吸附在Zn表面，并形成基于Zn(OR)₂-交联中心的交联网络，从而调节Zn²⁺离子通量，诱导Zn(002)晶面均匀致密沉积。

此外，在还原过程中，具有低 LUMO(0.10eV)能级的TDFND会被事先分解，通过构建富ZnF₂的SEI层来调节Zn的界面化学性质。富F双保护层的协同作用完美解决了Zn负极出现的棘手问题。

因此，基于这一设计原理，多功能TDFND分子可应用于其他水性电池（如钙离子电池、铝离子电池）的水性电解质，这种富F双保护层方法为稳定Zn负极和开发长寿命AZIB提出了一种简便有效的界面定制策略。

图2. BE+5 mM TDFND电解质中的Zn||I₂全电池的电化学性能

Engineering Fluorine-rich Double Protective Layer on Zn Anode for Highly Reversible Aqueous Zinc-ion Batteries，Angewandte Chemie International Edition 2023 DOI: 10.1002/anie.202314883

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先进院韩翠平Angew：富氟双保护层实现高可逆水系锌离子电池

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