聚合物界面层可以防止锌负极在水系锌离子电池（AZIBs）中发生枝晶生长以及包括腐蚀和析氢在内的严重副反应，但其在锌沉积/剥离过程中存在动力学缓慢和过电位较大的问题，限制了其在高倍率条件下的实际应用。
在此，阿德莱德大学郭再萍、毛剑锋，徐州工程学院巩文斌，南京大学Zhu Kai ping等人报道了一种基于聚（苯并嗪-交替-均苯四甲酸酐）（PPPA）的电解液添加剂构建的具有快速动力学的多功能聚合物界面层。
研究显示，PPPA具有线性π共轭结构以及丰富的极性吡啶（共轭环状-C=N-）和羰基（C=O）基团，能够优先吸附在锌负极表面，原位形成稳定的固体电解质界面（SEI）层。该PPPA SEI层能够有效阻隔水分子与锌负极的直接接触，并调节界面溶剂化结构和锌的沉积行为。此外，PPPA的扩展π共轭结构提供了丰富的二维开放通道，用于快速传输Zn²⁺，并且其离域π电子形成了空间静电场，有助于Zn²⁺的去溶剂化和扩散。
基于此，使用PPPA/ZnSO₄电解液的锌金属负极在20 mA cm⁻²的电流密度下展现出98.3%的高库仑效率，并且在50 mA cm⁻²的电流密度下能够稳定循环超过2000圈（400小时），沉积/剥离容量为5 mAh cm⁻²。以PPPA/ZnSO₄为电解液的Zn||MnO₂全电池在2000 mA g⁻¹的电流密度下经过5000圈循环后，放电容量仍可达74.4 mAh g⁻¹，显示出实际应用的可行性。
图1. 不同基底中Zn2+通量示意图
总之，该工作开发了一种新型电解液添加剂，用于构建具有快速动力学的多功能聚合物SEI。结果显示，PPPA改变了溶剂化鞘，并在Zn箔上形成了一层致密且富含氮和氧的SEI层，抑制了副反应并促进了Zn的均匀沉积/剥离。此外，PPPA分子中π共轭平面的扩展加速了充/放电过程中分子内电子的转移，这对于提升Zn²⁺在聚合物界面中的缓慢扩散动力学具有重要意义。
基于此，使用PPPA/ZnSO₄电解液的对称Zn电池在50 mA cm⁻²和5 mAh cm⁻²条件下展现出超过400小时的超长循环寿命。因此，该工作合理设计聚合物添加剂和界面层将有助于开发具有快速动力学的商业AZIBs，以满足高倍率应用的需求。
图2. 电池性能
Multifunctional Polymer Interphase with Fast Kinetics for Ultrahigh-rate Zn Metal Anode，Angewandte Chemie International Edition 2025 DOI: 10.1002/anie.202500295
郭再萍，澳大利亚科学院，工程院双院院士，现任阿德莱德大学化学工程学院Top-talented 教授，伍伦贡大学荣誉教授，英国皇家化学会（RSC）期刊Chemical Science 副主编。历任伍伦贡大学材料工程系副教授（2010），教授（2012），高级教授（2014），杰出教授（2019）等职务。于2010年获得了澳大利亚研究理事会（ARC）伊丽莎白女王二世学者（QEII Fellow），2015年获得未来学者（Future Fellow），2021年获得桂冠学者（Laureate Fellow）等称号。其曾荣获多项重要奖励与荣誉，包括2020年新南威尔士州长奖，2019年伍伦贡大学年度杰出研究人员奖，2017国际先进材料协会奖等。已在Sci. Adv., Adv. Mater., J. Am. Chem. Soc., Angew., Joule., Nat. Common.等国际著名期刊发表科研论文600多篇，被引用近50000余次，H-index为120，并于2018-2023年连续入选科睿唯安全球高被引科学家。