水系鋅金屬電池因其高理論比容量、適當的氧化還原電位和顯著的可持續性而受到前所未有的關注。然而，由臭名昭著的鋅枝晶生長和嚴重的界面副反應引起的棘手問題嚴重阻礙了它們的大規模利用。通過平行排列方式誘導鋅電沉積是實現無枝晶鋅金屬復極（ZMA）的關鍵。

東北師范大學張景萍、吳興隆、中科院大連化物所Jia-Wei Wang等首次提出了一種獨特的聚合物分子設計策略來解決上述問題，即通過蒽醌重氮四氟硼酸鹽（AQN₂⁺BF₄^–）的自發聚合反應在鋅表面化學接枝一層薄的聚蒽醌（PAQ）覆蓋層。

圖1 PAQ覆蓋層的原位形成和保護機制示意圖及表征

原位形成的PAQ覆蓋層作為人工保護層，由于其豐富的官能團，對鋅負極表面具有很強的附著力。并且它可以通過降低活化能和通過與Zn的強親和力來限制Zn²⁺離子的2D擴散來顯著增強Zn²⁺離子的傳輸動力學。同時，PAQ覆蓋層可作為信標，在初始成核階段引導Zn²⁺離子沿（002）面擇優取向，然后在隨后的生長過程中以平行排列的方式在滿意的成核位點上誘導Zn沉積，從而獲得平面Zn沉積形態。

此外，PAQ覆蓋層可以通過平衡電極附近的電場和離子濃度分布來使Zn²⁺離子通量均勻化，從而協同抑制Zn枝晶的形成。更重要的是，PAQ覆蓋層還起到防腐蝕層的作用，將鋅負極與電解液物理隔離，避免涉及析氫和鋅腐蝕的界面副反應。

圖2半電池性能

因此，對稱電池中的Zn@PAQ在1 mA cm^-2的電流密度下表現出出色的循環穩定性，超過1750小時，并且只有很小的電壓波動。此外，Zn@PAQ在4 mA cm^-2的電流密度下可循環1200次，并實現了99.7%的高CE。特別是在10 mA cm^-2的高電流密度下，Zn@PAQ仍可穩定循環700次，CE高達99.8%。

令人鼓舞的是，組裝的Zn@PAQ/NH₄V₄O₁₀全電池顯示出令人印象深刻的循環穩定性，在2 A g^-1 下經過2000次循環后仍保持令人滿意的287.8 mA h g^-1放電容量。總體而言，這項工作通過聚合物分子設計原位構建的人工保護層為增強電極/電解質的界面穩定性和開發無枝晶ZMA開辟了一條新途徑，極大地促進了水系鋅基儲能系統的商業化發展。

圖3 全電池性能

Polymeric Molecular Design Towards Horizontal Zn Electrodeposits at Constrained 2D Zn2+ Diffusion: Dendrite-Free Zn Anode for Long-Life and High-Rate Aqueous Zinc Metal Battery. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202204066