水系锌离子电池（ZIBs）因其高安全性、低成本和高体积容量（锌金属达5,851 mAh/mL）被视为下一代储能技术的重要候选者。然而，传统液态电解质的固有缺陷严重限制了其实际应用。
在此，美国加州大学尔湾分校忻获麟，SES AI Corporation许康，美国加州大学河滨分校林若倩等人报道了一种基于非氟化、单Zn2+传导聚电解质膜（PEM）的新型固态锌离子电池体系。通过氢键锁水、阴离子锚定与高弹性模量（0.3 GPa）的协同作用，显著抑制了析氢反应（HER）、消除了界面副反应，并调控了Zn2+的界面扩散机制，最终实现了锌负极的稳定可逆沉积。
基于此，PEM通过其独特的分子设计和力学性能，有效抑制了锌枝晶的生长并提升了界面稳定性。基于PEM的Zn0-Zn0对称电池实现了3800小时的超长循环耐久性，Zn0-LiV3O8全电池循环寿命达到6000圈。
图1. 设计概念
总之，该工作通过分子设计与力学调控相结合的策略，为水系锌电池的界面优化提供了新思路。PEM中氢键网络对水分子还原活性的抑制、阴离子固定对界面化学的优化，以及高力学模量对沉积动力学的调控，共同提升了锌沉积的可逆性和稳定性。此外，该工作避免了含氟阴离子的使用，为新型电解质材料的绿色生产提供了可行的技术方案。同时，该策略可能拓展至其他二次金属电池体系（如镁、铝），并为固态电解质的分子结构与界面优化提供参考。
图2. PEM实现长寿命、高倍率、高容量及低N/P比锌负极电池
Polyelectrolyte Membrane Enables Highly Reversible Zinc Battery Chemistry via Immobilizing Anion and Stabilizing Water, Journal of the American Chemical Society 2025 DOI: 10.1021/jacs.4c12409
忻获麟 教授 康奈尔大学博士学位。2013年到2018年间，他在布鲁克海文实验室建立了三维原位表征课题组。2018年夏，转职于美国加州大学尓湾分校物理系并建立了以深度学习为基础的人工智能和能源材料研究组DeepEM Lab。忻获麟教授是电子显微学领域国际上的知名专家，是电镜行业顶级年会Microscopy and Microanalysis 2020的大会主席以及2019年的大会副主席，是NSLSII光源的科学顾问委员会成员，是布鲁克海文国家实验室的功能纳米材料中心和劳伦斯伯克利国家实验室提案审查委员会成员。
他于2021年获得Materials Research Society的杰青奖（Outstanding Early-Career Investigator Award），Microscopy Society of America 的伯顿奖章（Burton Medal），UC Irvine的杰青奖（UCI Academic Senate Early-Career Faculty Award）；2020年获得能源部杰青奖(DOE Early Career Award)。其从事人工智能电镜和深度学习、原子级扫描透射电镜以及能谱相关的理论和技术、高能电子隧道理论以及三维重构理论等方向的研究。除了理论和方法学的研究，他应用三维电子断层扫描术对锂电池、软硬物质界面、金属催化剂等多方面进行了深入的研究。其课题组发表文章超过280篇，其中在Science，Nature，Nat. Mater.，Nat. Nanotechnol.，Nat. Energy，Nat. Catalysis，Nature Commun. 等顶级期刊上发表文章36篇（其中11篇作为通讯发表）。