不可控的锌枝晶和副反应严重降低了锌负极的循环稳定性，限制了水性锌离子电池的商业化。

近期，中原工学院米立伟教授&陈孔耀等提出在Zn上原位静电纺丝具有均匀“亲锌-疏水”位点的PAN基（PAN，PAN/PMMA）纳米纤维膜，以有效防止有害副反应并控制Zn的电镀/剥离行为。PAN/PMMA中丰富的高负性官能团（C≡N和C=O）与Zn²⁺具有较强的配位相互作用，可以加速Zn²⁺的脱溶，增加Zn²⁺的迁移数。此外，亲锌位点的均匀分布有助于创造均匀的锌沉积环境，实现横向锌沉积。同时，PAN/PMMA中非极性碳骨架固有的“疏水性”可以防止锌腐蚀和析氢副反应，从而提高锌负极的循环稳定性。因此，PAN/PMMA@Zn对称电池表现出显著的倍率性能和长循环稳定性，可在10mA/cm²和低于65mV的低极化电压下持续高效运行2000多个循环。这种通过原位构建PAN基纳米纤维膜的Zn负极改性策略具有制备简单、一步成膜、无粘合剂、功能化单元分布均匀的优点，这不仅为开发先进的锌负极提供了具体方案，也为开发“隔膜-负极”集成锌基电池奠定了基础。

图1.PAN/PMMA@Zn的性能提升机理示意图。

图2.a）纯Zn、b）PAN@Zn和c）PAN/PMMA@Zn的表面SEM图像。d）PAN/PMMA@Zn的截面SEM和e）EDS图谱。f）PAN和PAN/PMMA膜的FTIR光谱。g）PAN/PMMA膜的高分辨率O1s、N1s和C1s光谱。

图3.H₂O（a-c）和2M Zn（CF₃SO₃）2电解质（d-f）分别在Zn、PAN@Zn和PAN/PMMA@Zn上的接触角。g,h）LSV和动电位极化曲线。i-j）10mA/cm²和1mAh/cm²下，纯Zn负极（i）和PAN/PMMA@Zn负极（j）上Zn沉积的原位光学显微镜照片。

图4.a）Zn//Cu、PAN@Zn//Cu、PAN/PMMA@Zn//Cu电池的库仑效率。b-c）PAN/PMMA@Zn和Zn的电流-时间曲线和Zn²⁺迁移数。d,e）在5、10mA/cm²的电流密度下的Zn电镀/剥离循环稳定性。f）在0.5、1、2、5、10、15mA/cm²下，电镀容量为1mAh/cm²时的倍率性能。g）本工作与以往工作在特定电流密度下的累积容量比较。

图5.50小时电镀/剥离循环后的表面特征。

图6.Zn//AC、PAN@Zn//AC和PAN/PMMA@Zn//AC电容器的电化学性能。

该工作以““Zincophilic-Hydrophobic” PAN/PMMA Nanofiber Membrane Toward High-Rate Dendrite-Free Zn Anode”为题发表在《Advanced Fiber Materials》（DOI:10.1007/s42765-023-00323-2）上。

论文链接：https://doi.org/10.1007/s42765-023-00323-2