2020 年 9 月，中国宣布力争 2030 年前实现碳达峰（二氧化碳排放达到历史峰值）、2060 年前实现碳中和（二氧化碳净零排放），这是迄今为止世界各国中作出的最大减少全球变暖预期的气候承诺。二次电池，作为碳中和的“龙脉”，支撑着两大万亿赛道的主枝干——左擎“热、电、氢”等清洁能源，右牵动力电池与新能源车。可充电水系锌离子电池（ZIBs）采用水作为溶剂，具有成本低、运行安全性高、环境友好等优点，在大规模储能系统的应用上具备明显的潜力。金属锌作为锌电池的负极，成本低且易于大规模生产。然而，锌负极存在不可控的锌枝晶生长和电解质腐蚀，导致其可逆性较差。研究者希望开发保护Zn负极的策略以抑制枝晶的生长。最近，已经开发了各种抑制锌枝晶生长的策略。然而，锌电池的在快充条件下保持长循环性能的锌负极尚未被开发，此外，关于锌电沉积过程中的结晶行为与沉积形貌的关系研究非常匮乏。

近日，复旦大学高分子科学系、聚合物分子工程国家重点实验室卢红斌课题组，联合复旦大学高分子科学系郭佳教授，上海理工大学彭成信副教授，澳大利亚阿德莱德大学郭再萍教授，报道了基于二维（2D）共价有机框架（COF）多功能平台，成功开发了一种具有高机械强度、超薄、多孔以及氟化的COF（FCOF）薄膜，作为锌负极表面的保护层（FCOF@Zn）。该复合负极实现了锌薄片状的水平排列沉积形貌，消除了枝晶生长。同时，一维有序的氟化纳米通道有利于加速离子传导，限制水的渗透，缓解电解液对锌负极的腐蚀。得益于以上多重优势，FCOF@Zn负极能够在5-80 mA/cm2（充电时间：12 min - 45 s）超宽电流密度范围内稳定循环数万圈，展现了极其优异的可逆性。其中，在40 mA/cm2的超高电流密度下，FCOF@Zn对称电池的稳定性超过750 h，远超以往文献报道的性能。此外，与电网级别的高载量二氧化锰（MnO2）正极配对组装的全电池，在贫电解液(12 ul/mAh)、高面积容量正极（2 mAh/cm2）和有限锌（50 %利用率）的实际应用条件下，实现数百次稳定循环性能，展现了极具竞争力的商业化前景。

FCOF的结构示意图

FCOF-Zn异质界面处的离子脱溶剂化，电沉积机理

目前，该成果以“Horizontally arranged zinc platelet electrodeposits modulated by fluorinated covalent organic framework film for high-rate and durable aqueous zinc ion batteries.”为题于2021年11月16日发表在《自然通讯》（Nature Communications）上。复旦大学高分子科学系聚合物分子工程国家重点实验室为论文第一单位；复旦大学高分子科学系博士研究生赵则栋，王戎为第一作者；研究工作得到了国家自然科学基金、上海市科委和复旦大学的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-021-26947-9

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