水系锌离子电池由于高安全性、成本低廉、制备工艺简单等优点而备受关注。然而，锌金属负极上不可控的枝晶生长和副反应严重制约了锌离子电池的循环稳定性。循环过程中，锌的不均匀沉积是导致锌枝晶生长的主要原因，而锌负极与电解液中自由水分子的直接接触是副反应发生的前提条件。
为有效解决上述问题，课题组联合和台湾清华大学阙郁伦教授利用有机疏水性聚偏二氟乙烯(PVDF)和无机Santa Barbara Amorphous-15 (PVDF-SBA15)，在锌金属负极表面构建了疏水性PVDF-SBA15修饰层。PVDF-SBA15修饰层实现了对锌负极的协同保护：疏水性PVDF可以极大阻止了锌与电解质中水分子的直接接触，有效缓解了水分子参与的析氢和腐蚀等副反应；而SBA15的有序介孔结构可以诱导锌离子的均匀传输和镀覆/剥离，抑制了锌枝晶的生长。实验结果证明，疏水性PVDF-SBA15修饰层对枝晶生长及副反应有显著抑制作用。PVDF-SBA15@Zn|| PVDF-SBA15@Zn对称电池在3 mA cm-2电流密度下循环1650小时后仍表现出稳定的无枝晶镀覆/剥离过程。同时PVDF-SBA15@Zn||V2O5全电池在1000次循环后也保持82.14%的高容量保持率。
上述成果 “Design on Modified-Zinc Anode with Dendrite- and Side Reactions-Free by Hydrophobic Organic-Inorganic Hybrids for Ultra-Stable Zinc Ion Batteries ”发表于国际能源领域顶级期刊Nano Energy，收到同领域研究者的广泛关注。水系储能公众号详细报道了上述研究结果，详细报道链接如下：