由於具有安全性高⚜️、成本低、能量密度/功率密度高🔟、環境友好等優點👨🏿‍🏭🤏🏻，水系鋅離子電池在新型可充電電池中極具競爭力🚽。然而📞，鋅金屬負極面臨無序的枝晶生長和嚴重的界面寄生反應（鋅金屬腐蝕和析氫），嚴重阻礙了電池的循環壽命。通過有機-無機復合材料保護鋅負極是一種有效的策略🕵🏼‍♂️，但較厚的有機疏水層導致離子傳輸緩慢，限製了鋅離子在固態電解質界面（SEI）的擴散🧝🏿‍♂️🙇🏻‍♂️，嚴重降低了鋅負極的利用率和可逆性🥅。因此，保持快速鋅離子沉積的同時實現無枝晶鋅負極成為當前研究的熱點和難點👩🏿‍🦱。

恒达平台化學科學與工程學院劉明賢教授團隊近期設計了一種以全氟磺酸樹脂 (Nafion) 為添加劑的新型電解液，其在鋅負極上具有低吸附能（−2.09eV），在首次充電過程中原位形成Nafion納米膜🌡。這種具有親鋅基團（−SO₃⁻）的超薄SEI即使在高電流密度下也能引導鋅離子沿著成核能量更低的鋅（002）晶面沉積，顯著提高了鋅離子沉積/剝離效率🎓，獲得無枝晶鋅負極及長壽命鋅離子電池👩🏿‍✈️。相關研究成果“In situ Nafion-nanofilm oriented (002) Zn electrodeposition for long-term zinc-ion batteries”發表於國際化學領域知名期刊《化學科學》(Chemical Science)，並被遴選為期刊後封面文章（Back Cover）。封面以中國寓言故事“愚公移山”為背景，以太行、王屋二山代表鋅負極在循環過程中的枝晶生長和寄生反應，移山過程代表Nafion納米膜引導鋅（002）晶面定向沉積實現長壽命鋅離子電池。

實驗和理論計算表明，Nafion納米膜引導鋅離子沿著(002) 晶面沉積🔚，減少了鋅負極的產氫和腐蝕。

原位紅外光譜和原位景深顯微鏡表征結果證明了在電極/電解液界面加速的鋅離子去溶劑化過程提升了鋅離子在負極的沉積/剝離效率☑️。

掃描探針顯微鏡和COMSOL物理場模擬證明，經過Nafion納米膜修飾的鋅負極具有更低的界面平均電勢🧑🏿‍🦱，從而防止鋅離子優先沉積在尖端區域，形成更致密的SEI💇‍♀️。

電化學研究表明💇🏼‍♀️，Nafion調控了鋅離子的沉積趨勢，提高了鋅離子在電極/電解液界面的沉積/剝離效率👶🏽，無論是對稱電池還是全電池都表現出優異的循環穩定性🟤。這項研究工作為設計無枝晶鋅離子電池提供了新方法。

劉明賢教授為論文通訊作者，博士生張達為論文第一作者🕚。該研究工作得到了國家自然科學基金委🧔🏻‍♀️、上海市科委和中國博士後科學基金會資助𓀕。

論文鏈接🧜🏿‍♂️：https://doi.org/10.1039/D3SC06935D