水系可充電鋅金屬電池由于其高容量、高安全性和低成本等優點，在大規模儲能方面引起了極大的關注。然而，由枝晶生長和寄生反應引起的鋅金屬負極的有限壽命和庫侖效率阻礙了其進一步應用。

在此，中科院大連化物所李先鋒研究員、王二東研究員等人提出在鋅金屬負極上構建一層Zn²⁺交換磺化聚醚酮（Zn²⁺-SPEEK）薄膜來引導鋅的均勻沉積。原始的磺化聚醚酮（SPEEK）是由商用PEEK通過磺化反應合成的，然后在(CH₃COO)₂Zn溶液中浸泡后轉化為Zn²⁺-SPEEK。其中，SPEEK因其堅硬的芳香骨架表現出優異的機械強度并通過與Zn²⁺的交聯進一步增強，從而在較長的循環壽命期間可以保持其完整性。

此外，磺酸鹽官能團 (-SO₃^–) 傾向于與Zn²⁺配位，提供快速離子傳輸通道并降低去溶劑化損失。這種協同效應可以促進鋅負極表面的Zn²⁺通量分布和快速的轉移動力學。此外，Zn²⁺-SPEEK薄膜可通過減少Zn²⁺ 溶劑化鞘層的水來實現高庫侖效率（CE），從而減少電解液分解。

圖1. 在Zn²⁺-SPEEK薄膜存在下的Zn電沉積機理

得益于以上效應，SPEEK-Zn//SPEEK-Zn對稱電池在1 mA cm^-2/1 mAh cm^-2的條件下表現出超過4000小時的出色循環穩定性及50 mV的低過電位。此外，組裝的SPEEK-Zn//VO₂全電池也表現出優異的倍率性能，在2 A g^-1下仍表現出101 mAh g^-1的高容量。在200 mA g^-1和約10 mg cm^-2的高面積質量負載（2 mA cm^-2和2.5 mAh cm^-2）條件下，該全電池可穩定循環超過140次且容量衰減極小（保持率為93.1%）。

甚至，SPEEK-Zn//VO₂電池在長時間放置后仍保持99.3%的原始容量，高于Zn//VO₂電池（92.9%）。總之，這項工作為綜合考慮各種性能構建先進的保護層提供參考，并為開發用于鋅金屬電池和其他金屬離子電池的其他高性能涂層開辟新的思路。

圖2. Zn//VO₂全電池的電化學性能

Tailoring Interfacial Zn²⁺ Coordination via a Robust Cation Conductive Film Enables High Performance Zinc Metal Battery, Energy Storage Materials 2022. DOI: 10.1016/j.ensm.2022.04.031