由于金属锌的理论容量高(820 mAh g^-1或5854 mAh cm^-3)，Zn²⁺/Zn氧化还原电位低(-0.76 V vs. SHE)以及水系电解液固有的安全性等特点，水系锌金属电池(AZMBs)引起了广泛的关注。然而，锌枝晶和副反应阻碍了锌负极的实际应用。人们提出了多种策略来抑制在锌负极和电解质界面发生的锌枝晶生长和不可控的副反应。其中，制备人工保护层作为一种不消耗多余电解质的有效方法表现出了巨大的前景。人工保护层可以使锌金属表面钝化，并且可以改善电化学性能。一种理想的人工保护层，它必须具有以下典型特征: 1) 优异的化学稳定性，消除锌金属腐蚀; 2) 高Zn²⁺导电性，但低电子导电性，以避免“尖端效应”; 3) 强大的机械灵活性，以承受连续循环过程中的体积变化; 4) 对锌的亲和力强，以减少界面不稳定性。不幸的是，大多数报道的人工保护层很难满足上面所有理想要求。

近日，河南大学刘英和申志涛教授及中科院固体所陈冲研究员在国际知名期刊Advanced Science上发表题为“Regulated Zn plating and stripping by a multifunctional polymer-alloy interphase layer for stable Zn metal anode”的文章。该文章设计了一种新型负极保护策略，将均匀亲锌的SnSb合金与具有离子选择性的Nafion聚合物结合组成NFSS@Zn负极。所得到的NFSS@Zn负极具有优异的结构完整性和抗腐蚀能力，减轻了界面副反应。最终使NFSS@Zn负极能够有效的抑制锌枝晶生长和界面副反应，实现长循环寿命和超低的电压极化。

SnSb纳米颗粒通过原位置换反应生成，Nafion通过旋涂工艺旋涂在SnSb纳米颗粒之上形成致密的NFSS层。SEM和EDS元素分布图证实了该NFSS层的存在。XRD证实了NFSS中原位置换生成的SnSb合金纳米颗粒的存在。接触角测试证实了NFSS层的优异的亲水性。

通过对比不同负极在不同电流密度下的长时间循环性能图可以发现，NFSS@Zn在1mA cm^-2的电流密度下具有极低的过电位(25 mV)，可提供较长的循环寿命(~1500 h)。在高的电流密度为6 mA cm^-2时，观察到NFSS@Zn负极的强循环稳定性。此外，在电流密度为5 mA cm^-2，容量为5 mAh cm^-2的情况下，它可以稳定地工作超过300 h。即使在10 mA cm^-2下，NFSS@Zn负极仍然可以运行超过180 h。同时，在倍率性能测试中，NFSS@Zn的表现也优于其他负极。证实了NFSS@Zn负极比纯Zn，NF@Zn，SS@Zn负极具有更稳定的循环性能和更低的极化电压。

为了进一步阐明NFSS涂层改善金属锌负极电化学性能的机理，在6 mA cm^-2，1 mAh cm^-2的条件下重复循环100次前后进行了非原位SEM测试。值得注意的是，锌负极上的人造NFSS层密度高，具有丰富的亲锌位点，可以阻止电解质的渗透，消除副反应。循环后的NFSS@Zn负极表面仍然平坦，没有明显的突出。证实了NFSS层诱导的无枝晶Zn沉积保证了长期稳定和高可逆的循环过程。

结果表明，这种高离子电导率、低电荷转移电阻和低活化能势垒可以促进NFSS@Zn负极在循环过程中均匀的沉积锌。NFSS层也使周围电场强度显著降低，导致界面电场分布均匀。得益于均匀电场，Zn²⁺离子和电荷可以均匀分布在NFSS@Zn表面，形成无枝晶形态。密度泛函理论(DFT)进一步揭示NFSS层可以为锌沉积提供低的成核能垒。综上所述，在锌箔表面构建NFSS人工层可以抑制析氢和Zn腐蚀，诱导均匀的Zn沉积。

通过组装Zn||MnO₂全电池，进一步研究NFSS@Zn作为负极的优势。在CV图中，NFSS@Zn||MnO₂电池具有更高的电流密度，这表明NFSS@Zn负极的电化学活性得到了提高。此外，EIS图表明在NFSS@Zn||MnO₂电池中实现了较低的电压极化。并且，NFSS@Zn||MnO₂电池的长循环性能和倍率性能明显优于Zn||MnO₂电池。因此，这些结果有力地证实了NFSS界面层在保护锌负极方面的优越性。

综上所述，在锌箔表面成功设计了一层NFSS人工保护层，实现了锌负极的高稳定性。NFSS层不仅具有大量的亲锌位点、高的Zn²⁺电导率和低的电荷转移电阻，而且具有低的成核能垒和均匀的电场分布。此外，致密的NFSS层可以作为防腐蚀层，避免Zn负极与电解液直接接触，有效抑制析氢反应和锌腐蚀。对称电池中的NFSS@Zn负极在1mA cm^-2下具有更小的电压波动(25 mV)和更长的寿命(~1500 h)。本研究为提高电极/电解质的界面稳定性以获得高性能锌离子电池提供了一条新的途径。

Regulated Zn plating and stripping by a multifunctional polymer-alloy interphase layer for stable Zn metal anode