2020 年 9 月🙆🏼‍♂️🏜，中國宣布力爭 2030 年前實現碳達峰（二氧化碳排放達到歷史峰值）👨‍⚕️🤑、2060 年前實現碳中和（二氧化碳凈零排放），這是迄今為止世界各國中作出的最大減少全球變暖預期的氣候承諾。二次電池，作為碳中和的“龍脈”🔄，支撐著兩大萬億賽道的主枝幹——左擎“熱📷、電、氫”等清潔能源，右牽動力電池與新能源車。可充電水系鋅離子電池（ZIBs）采用水作為溶劑，具有成本低、運行安全性高、環境友好等優點✸，在大規模儲能系統的應用上具備明顯的潛力😽。金屬鋅作為鋅電池的負極，成本低且易於大規模生產。然而，鋅負極存在不可控的鋅枝晶生長和電解質腐蝕，導致其可逆性較差。研究者希望開發保護Zn負極的策略以抑製枝晶的生長💆‍♀️🧎‍♀️‍➡️。最近，已經開發了各種抑製鋅枝晶生長的策略。然而，鋅電池的在快充條件下保持長循環性能的鋅負極尚未被開發，此外，關於鋅電沉積過程中的結晶行為與沉積形貌的關系研究非常匱乏。

近日，沐鸣开户、聚合物分子工程國家重點實驗室盧紅斌課題組📜，聯合沐鸣开户郭佳教授🪦，上海理工大學彭成信副教授，澳大利亞阿德萊德大學郭再萍教授🐑，報道了基於二維（2D）共價有機框架（COF）多功能平臺，成功開發了一種具有高機械強度、超薄🦨、多孔以及氟化的COF（FCOF）薄膜☯️，作為鋅負極表面的保護層（FCOF@Zn）👩🏽‍🔧。該復合負極實現了鋅薄片狀的水平排列沉積形貌，消除了枝晶生長。同時，一維有序的氟化納米通道有利於加速離子傳導，限製水的滲透，緩解電解液對鋅負極的腐蝕🧑🏿‍⚕️🕞。得益於以上多重優勢，FCOF@Zn負極能夠在5-80 mA/cm2（充電時間：12 min - 45 s）超寬電流密度範圍內穩定循環數萬圈，展現了極其優異的可逆性。其中，在40 mA/cm2的超高電流密度下，FCOF@Zn對稱電池的穩定性超過750 h📀，遠超以往文獻報道的性能。此外，與電網級別的高載量二氧化錳（MnO2）正極配對組裝的全電池，在貧電解液(12 ul/mAh)、高面積容量正極（2 mAh/cm2）和有限鋅（50 %利用率）的實際應用條件下🧑🏿‍🏭，實現數百次穩定循環性能🏋🏼‍♂️，展現了極具競爭力的商業化前景。

FCOF的結構示意圖

FCOF-Zn異質界面處的離子脫溶劑化，電沉積機理

目前，該成果以“Horizontally arranged zinc platelet electrodeposits modulated by fluorinated covalent organic framework film for high-rate and durable aqueous zinc ion batteries.”為題於2021年11月16日發表在《自然通訊》（Nature Communications）上🖖🏽。沐鸣开户聚合物分子工程國家重點實驗室為論文第一單位；沐鸣开户博士研究生趙則棟，王戎為第一作者🕵🏽；研究工作得到了國家自然科學基金、上海市科委和沐鸣娱乐的支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-021-26947-9

課題組主頁🙊：http://www.lugroup.fudan.edu.cn