尽管水基锌离子电池（ZIBs）在大规模储能方面显示出巨大的潜力，但锌金属负极中不可控的枝晶生长会导致较差的电化学稳定性差和循环寿命，严重限制了ZIBs的广泛应用。

近日，新加坡国立大学赵丹教授，JimYang Leea，哈工大Guiling Wang为了调节Zn²⁺的均匀沉积和限制Zn枝晶的生长，利用COF膜修饰的Zn金属作为水溶液ZIBs的负极。

文章要点

1）发展了一种界面反应策略，在锌负极上沉积一层阳离子导电的含磺酸的COF （TpPa-SO₃H）膜。涂覆在锌负极表面上的TpPa-SO₃H COF层有效地防止锌金属直接暴露于电解液，从而抑制锌箔表面上的枝晶生长和钝化。

2）与裸锌箔和中性COF膜修饰的锌箔（TpPa@Znfoil）相比，TpPa-SO₃H @ Zn foil负极具有以下优点：i）结构精准的锌离子通道，其中共价束缚和离域的磺酸盐导致低的锌成核过电位和无枝晶形态；ii）TpPa-SO₃H膜的磺酸基团能与Zn²⁺离子配位，降低Zn离子的溶解势垒，形成丰富的Zn传输通道，抑制2D Zn离子扩散；iii）TpPa-SO₃H可以释放出丰富的质子(H⁺)并与OH^-达到动态平衡，从而抑制副产物如氢氧化锌硫酸盐的形成；iv）亲锌的TpPa-SO₃H能够快速传输Zn²⁺并调节[Zn(H₂O)₆]²⁺的去溶剂化以抑制枝晶生长和副反应。

这项工作表明，COF薄膜涂层锌负极是一个有前途的候选电极家族，并为电池的其他领域提供了灵感，如隔膜和电解质的材料设计。

参考文献

Jing Zhao , Yunpan Ying , Guiling Wang , Kedi Hu , Yi Di Yuan , Hualin Ye , Zhaolin Liu , Jim Yang Lee , Dan Zhao , Covalent Organic Framework Film Protected Zinc Anode for Highly Stable Rechargeable Aqueous Zinc-Ion Batteries, Energy Storage Materials(2022)

DOI：10.1016/j.ensm.2022.02.054

https://doi.org/10.1016/j.ensm.2022.02.054