可充电水系锌金属电池(RZMBs)因其制造成本低、安全性好和理论容量高等特点，在大规模储能和中低速动力系统应用中潜力巨大。近年来，通过使用电解液优化和电极界面设计等策略，使得RZMBs的长期循环稳定性已经得到了极大的改善。然而，锌金属负极在静态储存期间仍受到电解质腐蚀等带来的日历老化过程。当电池经历反复的循环和长期储存时，会发生严重的容量衰减等问题。因此，如何解决这一巨大挑战对于推动水系锌电池的商业化应用具有重要意义。

基于此，复旦大学卢红斌教授与北京科技大学张隆副教授团队合作，从改善水系锌电池抗日历老化性能的角度出发，提出在锌负极表面构建能够抵御电解液静态腐蚀的高氟化非水相的固液复合界面策略。该工作通过设计并合成一种多孔含氟共价有机框架(FCOF),利用主客体策略将液态全氟聚醚（PFPE）和 Zn(OTf)₂ 封装在其中，由此构建的非水相固液复合界面不但可以促进Zn²⁺的传导，均匀化离子流体，还可以阻止自由水的渗透，有效地抑制了锌负极的静态腐蚀问题，从而大大改善了水系锌金属电池的抗日历老化性能。

本项工作研究要点：

1）基于共价有机框架的主客体策略构筑固体-液体复合界面作为锌负极的抗静态腐蚀保护层。该复合界面结合了固态和液态的双重优势，展现出强疏水性和无缺陷性特点，显著延长了锌负极的抗日历老化寿命。

2）理论计算证实了液态全氟聚醚与三嗪基氟化共价有机框架具备强相互作用，能够有效填充孔道并消除粉体颗粒与颗粒的间隙，从而有效阻隔电解液的渗透，提升抗长期静态腐蚀性能；共价有机框架中的三嗪基及氟原子基团具备强锌离子亲和性和弱阴离子结合力，可选择性促进锌离子在其有序孔道中的传输，展现高离子迁移系数；

3) 在间歇式循环条件下，高载量MnO₂（20 mg cm^-2）基全电池能够稳定1000圈，容量保持率达到90%；在接近实际应用条件下，即贫电解液添加量（12μL mAh^-1）和低N/P比（4:1），面积容量为1.34 mAh cm^-2的全电池展现了1000圈的循环寿命，61%的容量保持率；

以上成果以“Highly fluorinated non-aqueous solid-liquid hybrid interface realizes water impermeability for anti-calendar aging zinc metal batteries”为题目发表在国际顶级期刊Energy Storage Materials上。该论文第一作者为2020级复旦大学博士研究生王乐泉以及赵则栋博士(现任职于小米汽车)为本文共同第一作者。

  论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ensm.2023.102920