水系锌电池具有高安全性、环境友好、低成本等优势，直接采用锌箔作为负极材料能够提供819 mAh g-1的理论比容量，是极具应用潜力的规模化储能电池技术之一。目前，金属锌负极是制约水系可充锌电池实际应用的关键，主要表现在锌枝晶生长、严重的体积变化、析氢腐蚀反应以及由上述问题带来的电极可逆性差、循环寿命有限和库伦效率低等瓶颈。在此，河北大学张文明、朱前程、张宁等人以聚（3,4-乙烯二氧噻吩）（PEDOT）作为模型导电聚合物界面层的电场海绵效应，能够显著提升锌负极的动力学性能和稳定性。在Zn²⁺沉积过程中，富电子的共轭π─π键可加速Zn²⁺的迁移和还原；在Zn²⁺剥离过程中，缺电子的共轭π─π键可促进Zn²⁺从锌基底迁移到电解液中。受库仑引力/排斥力调控的Zn²⁺沉积/剥离行为类似于海绵对水的吸附/挤出过程。该效应同样适用于其他导电聚合物界面层，如聚苯胺（PANI）和聚吡咯（PPy）。此外，导电聚合物界面的存在有效抑制了锌表面的水诱发副反应。基于此，Zn@PEDOT电极表现出超长寿命（在1 mA cm⁻²和1 mAh cm⁻²条件下达到5250小时）以及超高电流密度耐受性（高达80 mA cm⁻²），并实现了锌基纽扣电池和软包全电池的优异循环稳定性。图1. Zn@PEDOT的合成与表征总之，该工作在锌电极上构建了一系列导电聚合物界面层（包括PEDOT、PANI和PPy），并提出了电场海绵效应的概念，该效应能够显著提升锌电极的反应动力学与稳定性。以PEDOT为模型，研究发现其富电子的共轭π─π键在Zn²⁺沉积过程中通过库仑引力促进Zn²⁺的迁移与还原；而在Zn²⁺剥离过程中，PEDOT缺电子的共轭π─π键通过库仑排斥力促进Zn原子的氧化并加速Zn²⁺从锌基底迁移到电解液中。导电聚合物界面层还能够有效抑制锌表面的水诱发析氢反应和腐蚀。基于此，Zn@PEDOT电极在1 mA cm⁻²和1 mAh cm⁻²条件下的循环寿命达5250小时，在10 mA cm⁻²和10 mAh cm⁻²条件下达780小时，并表现出高达80 mA cm⁻²的超高电流密度耐受性。此外，Zn@PEDOT//MnO₂纽扣电池和软包电池均展现出优异的循环稳定性。因此，该工作揭示了导电聚合物界面层在稳定锌负极中的作用机制，并提供了一种构建高性能水系锌电池（AZBs）的实用策略。图2. 全电池的电化学性能Electric Field Sponge Effect of Conducting Polymer Interphases Boosts the Kinetics and Stability of Zinc Metal Anodes, Advanced Energy Materials 2024 DOI: 10.1002/aenm.202404090【高端测试，找华算】🏅 同步辐射XAS限时直降1000元🎉原价3500/元素起，现仅需2500/元素起！全球机时，三代光源，随寄随测！最快一周出结果，保证数据质量！
