近期，纳米科学与材料工程学院赵勇课题组与中国科学院理化技术研究所闻利平团队合作，在水系锌金属电池领域取得新进展，相关成果以“Metal-Phosphonate-Organic Network as Ion Enrichment Layer for Sustainable Zinc Metal Electrode with High Rate Capability”为题发表在国际化学期刊《德国应用化学》上（Angew. Chem. Int. Ed. DOI: 10.1002/anie.202411563）。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202411563

金属锌（Zn）电极具有高比容量 (≈820 mAh g^-1)，以其构筑的水系锌离子电池具有高安全性、低成本和高能量密度的优点，是一种具有广阔发展潜力的能源存储器件。然而，电解液中水分子的高反应活性会导致金属锌表面析氢反应、阳极腐蚀和不规则的枝晶生长。

针对上述问题，研究团队在锌金属表面原位构建了具有三维互连网络结构的金属膦酸盐有机网络（MPON），该MPON可作为锌金属电极的离子富集层。基于MPON中丰富的多孔结构和膦酸盐位点的协同作用，不仅提高了MPON的锌离子传输动力学（8.4×10⁻³ S cm⁻¹）和锌离子转移数（0.83），而且疏水性的MPON有效避免了电解液中水分子对锌电极的腐蚀。基于此, MPON修饰的超薄锌金属电极（20 μm）在高电流密度和面积容量（5 mA cm⁻²，2 mAh cm⁻²）条件下可以维持2300小时以上的循环稳定性。同时，具有MPON的Zn/MnO₂和Zn/NaV₃O₈·1.5H₂O电池在实际工况下，依然具有优异的库仑效率和循环稳定性。此外，基于MPON的保护策略同样适用于其它金属电池（如铝金属电池），具有广泛的普适性。该工作不仅有助于深入理解金属电极表面化学结构对电池性能的影响，而且为高性能固态电解质界面层的设计提供了一种新思路。

中国科学院理化技术研究所博士生何晓锋为论文的第一作者（河南大学纳米科学与材料工程学院2019届硕士），河南大学纳米科学与材料工程学院赵勇教授、中国科学院理化技术研究所闻利平研究员为论文的共同通讯作者。《德国应用化学》为化学顶级期刊，其影响因子为16.1。

图1 锌金属电极表面不同界面层的结构以及离子传输行为示意图