鋅金屬在水系電解質中的熱力學不穩定性歸因于鋅負極嚴重的界面問題。

圖1 P-PFL@Zn的設計

復旦大學盧紅斌、北京科技大學張隆、小米電動車科技有限公司Zedong Zhao等采用主客體策略在鋅負極表面設計了一種類似混凝土結構的富氟固液界面。具體而言，作者合成了一種含氟多孔共價有機框架（FCOF），作為封裝Zn(OTf)₂鹽和高化學惰性液態全氟聚醚（PFPE）的宿主。研究顯示，制備的富氟固液復合材料在Zn表面構建了一個強疏水性無缺陷保護層（P-PFL@Zn），低表面能的液態全氟聚醚附著在Zn表面，消除了缺陷位點，并能承受循環過程中的動態界面波動。

此外，固態FCOF是一種多孔框架結構，為限制全氟聚醚的流動性提供了快速離子傳輸通道和穩定的封閉空間。Zn(OTf)₂鹽為界面傳輸提供了足夠的Zn²⁺離子，從而緩解了濃度極化。豐富的氟元素所賦予的水油不溶性和疏水性，限制了水通過P-PFL的滲透，從而有效防止了腐蝕反應，延長了抗日歷老化壽命。

圖2 P-PFL的電化學性質

實驗顯示，在靜態儲存條件下，P-PFL@Zn具有長達40天的優異防腐蝕效果。在連續循環過程中，P-PFL層也具有很高的保形性，并能延緩枝晶的生長。由于P-PFL@Zn的協同優勢，對稱電池在5 mAh cm^-2和10 mA cm^-2條件下的快速充電循環壽命達到900 h。在日歷老化循環模式（重復12小時靜置和30次循環）下，高面容量全電池的循環壽命為1000次，高容量保持率為90%。

此外，在有限的鋅用量和高電流密度（30 mA cm^-2）以及負/正極（N/P）容量比分別為4:1和9:1條件下的全電池的循環壽命分別超過1,000和10,000次。

圖3 電化學性能研究

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