大規模儲存太陽能和風能等可再生能源發揮著關鍵作用以更清潔和可持續的方式使我們的經濟脫碳。鋰離子電池(LIBs)是目前占主導地位的儲能系統，但眾所周知的安全問題、高成本、由于有機電解液的昂貴和易燃，潛在的資源問題也出現了電解質和鋰鈷資源的稀缺性。

發展替代的安全、經濟、大規模的儲能解決方案已經成為現實越來越緊迫的問題。可充電鋅離子電池(RAZB)作為LIBs的補充，具有水溶性電解質的本質安全性和鋅金屬陽極良好的性能，理論容量高(820 mA h g^-1, 5855 mA h cm^-3)，氧化還原電位低，資源豐富等優點。

盡管這些獨特的優點，但由于其較差的循環穩定性和Zn溶解/沉積的低庫倫效率，大大阻礙了其實際應用。其中一個解決方案就是構筑穩定的負極SEI，可以用于抑制Zn枝晶生長和Zn負極和水之間的副反應，但它仍然是一個挑戰。

近日，伍倫貢大學郭再萍教授、毛劍鋒和江蘇師范大學王慶紅副教授在Energy & Environmental Science發表最新成果，受生物粘附原理的啟發，通過多巴胺添加劑的原地電化學聚合工藝，在鋅陽極上成功構建了穩定的聚多巴胺SEI。這種原位聚合物SEI具有豐富的功能基團和突出的親水性，用于調節鋅成核，以實現無枝晶的鋅沉積，高的鋅離子電導率可以用于快速Zn²⁺傳輸，其強大的粘附力，可以阻斷界面副反應。因此，Zn電極具有很高的可逆性，庫侖效率為99.5%，穩定性卓越，即使在超高電流密度和面積容量（30 mA cm^-2，30 mA h cm^-2）下也是如此。此外，在貧電解質（9μL mAh^-1）條件下，負極與正極的容量比（~2）較小的條件下，Zn/V₂O₅全電池的壽命可以延長至1000圈。這項工作為水電池化學的SEI設計提供了靈感，并促進了RAZB的實際應用。

圖1. 聚合物SEI的形成示意圖、Zn的表征和在10 mA cm^-2和30 mA cm^-2下的電池測試

圖2. 在Zn上形成的原位聚合物SEI的表征

圖3. 聚合物SEI的多功能特性

圖4. 聚合物SEI層對鋅沉積行為及可逆性的影響

圖5. 鋅負極在實際條件下的電化學性能

Bio-inspired design of an in-situ multifunctional polymeric solid-electrolyte interphase for Zn metal anode cycling at 30 mA cm^-2 and 30 mA h cm^-2. Energy Environ. Sci., 2021, Accepted Manuscript.

https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2021/EE/D1EE01851E