水系锌金属电池因其低成本、高安全性和环保特性，被认为是未来储能领域的重要解决方案。然而，锌负极的不稳定性限制了其长期循环性能和实际应用。近日，吉林大学物理学院王义展教授课题组在水系锌离子电池研究方面取得新进展。相关研究成果发表在《Energy&Environmental Science》上。
研究表明，锌负极在沉积过程中易受析氢反应（HER）的影响，导致能量效率降低和电极腐蚀。此外，界面水层的存在进一步加剧了副反应的发生，影响锌离子的均匀沉积。为解决这一关键问题，该研究提出了一种基于超薄、疏水且锌离子选择性的纳米膜的新策略，以消除界面水层，提升锌负极的稳定性。
该研究构建了由双十八烷基二甲基铵（DODA）和普鲁士蓝（FeHCF）组成的纳米膜。DODA赋予膜层优异的疏水性能，有效阻断水分子渗透，而FeHCF的三维框架结构和氧化还原活性铁中心则充当法拉第离子泵，促进锌离子高效传输。FeHCF纳米膜显著降低界面处的水分含量，减少析氢副反应，提高锌负极的库仑效率。
研究人员通过H型容器扩散实验发现，FeHCF纳米膜的水渗透率相比未修饰的PP隔膜降低了一个数量级。在5mA/cm2的电流密度下，锌负极可稳定循环超过10000次，库仑效率高达99.91%。FeHCF纳米膜显著促进了锌离子的均匀沉积和剥离，从而提升了锌负极的整体性能和循环寿命。
在实际电池测试中，该纳米膜显著提升了全电池的性能，容量保持率远高于裸锌电池。此外，在极端工况下该电池实现了65000次超长循环寿命。这项研究为水系锌电池的长期稳定运行提供了新的界面调控策略。通过消除界面水层并优化Zn2?传输，FeHCF纳米膜不仅有效提高了电池的循环寿命，还为将来可能的储能应用提供了可靠的技术支撑。
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