锌金属负极理论容量高(820 mA h g^-1)、氧化还原电位低(与标准氢电极相比-0.763 V)并且储量丰富，因此其水系锌离子电池在电网级储能装置中很有前景。

然而，Zn²⁺溶剂化结构中的水分子容易在Zn负极表面得到电子引发析氢反应(HER)并生成H₂和副产物，显著影响了离子传输及Zn/Zn²⁺转化速率，并极大降低了电池的安全性及实际应用可行性。

近日，东华大学武培怡教授和焦玉聪研究员以磷酰胆碱基聚两性离子2－甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱与羧甲基壳聚糖复合形成聚两性离子保护层（PZIL）用于抑制锌金属负极表面的副反应并加速锌离子的迁移，使相应锌离子电池表现出优异的电化学性能。

两性离子聚合物由于阴离子与阳离子在同一链段因此在离子传输（包括离子电导率及迁移数）方面具有独特的优势。在本工作中，磷酸胆碱基两性离子保护层中的胆碱官能团在端基位置并带正电荷，其可以优先吸附到锌负极表面，阻止Zn²⁺溶剂化结构中的水分子与锌负极直接接触，以有效抑制副反应发生。此外，磷酸根阴离子基团可以与Zn²⁺相互作用调控其成核行为，并降低其脱溶能以实现快速Zn/Zn²⁺可逆转换。同时，羧甲基壳聚糖的Hofmeister效应可以原位提高保护层的力学性能以保证稳定的界面接触。

最终，PZIL保护的对称Zn金属电池在超高电流密度40 mA cm^-2下可以循环1000小时，相对应的累积容量高达40000 mA h cm^-2。当电流密度为40 mA cm^-2，面积容量增加到10 mA h cm^-2时，PZIL保护的电池仍然可以工作300小时以上。而且值得注意的是，在如此高的面容量下，放电深度（锌利用率）可高达74.3%。通过COMSOL模拟计算发现PZIL的官能团均匀了锌金属的界面电场和Zn²⁺通量，保证循环过程中Zn²⁺更均匀地在Zn负极表面沉积成核，进一步证实了PZIL在Zn²⁺扩散和沉积上的优越性。PZIL保护的Zn/MnO₂电池及Zn/AC电容器均具备优异的长循环性能及倍率性能。该工作为高性能锌负极用聚合物保护层的设计提供了新思路。