随着化石能源等非可再生能源的日益消耗,寻找可替代的新型绿色能源存储和转移设备已经成为研究的热点。锂离子电池因为其较高的比容量和电位已经广泛运用在了便携式电子设备中,譬如:手机、笔记本电脑、数码相机、电动汽车等。但是锂电池存在着很多安全隐患,如:易燃、易爆炸、电解液泄漏等。并且锂资源的匮乏导致高成本问题也进一步限制了锂电池在诸多规模的应用。因此亟需寻找新的可替代电池体系,水系锌离子电池因为具有较大的功率密度和能量密度受到了广泛关注,具有非常诱人的应用前景。锌金属资源储量丰富,化学性质稳定,在近中性和弱酸性电解液中有合适的电化学窗口,非常适合于大规模储能设备的应用。但是锌金属负极存在着诸多问题,主要包括以下三点:(1)锌在沉积/溶解过程不可避免会形成锌枝晶,尤其在长循环过程中锌枝晶更加严重。(2)由于热力学和动力学因素的影响,很容易会发生析氢反应。(3)当发生析氢反应时,锌负极的局部的OH-浓度会增加,OH-会与Zn2+发生反应生成不溶解的无机化合物附着在锌负极表面,造成钝化和电池内阻增加。锌金属负极存在的上述问题,严重限制了其发展。针对这些问题,目前主要有以下解决策略:(1)锌负极表面改性,通过原位或者非原位方法对锌负极表面涂覆保护层,抑制锌枝晶的生长。(2)负极结构设计,通过设计3D结构集流体或者金属有机框架基底(MOF),使锌的沉积过程更加稳定和均一。(3)选用合适的电解液,通过使用不同的锌盐、调整电解液浓度、选择电解液添加剂或者采用水凝胶电解质,减少副反应发生。本论文中,我们设计并研究了两种聚合物材料对锌金属负极的表面改性,并有效调控了锌金属负极的表面形貌,提高了水系锌电池的电化学性能。主要内容如下:(1)使用聚吡咯保护锌金属负极,因为聚吡咯是一种典型的导电聚合物,它具有良好的导电性,另外其结构中含有较多的氨基官能团,-NH可以与Zn2+发生配位作用,限制Zn2+的二维扩散。我们通过化学聚合的方法制备了棒状聚吡咯,然后通过简单的流延涂层法将聚吡咯均匀的沉积在金属锌负极表面。通过结构表征,导电的聚吡咯框架涂层会极大地改善锌负极表面的电场分布,从而使Zn2+能够均匀水平地沉积在锌负极表面。经过半电池和全电池的组装、测试,聚吡咯修饰锌负极能极大地增强电池的电化学性能,尤其是其循环性能得到了明显的改善。(2)使用吡咯-苯胺共聚物保护锌负极,吡咯-苯胺共聚物具有较好的导电性和机械柔韧性。并且共聚物会吸附锌离子,与其发生配位作用,从而减少了锌离子的成核位点,改善锌的沉积形貌。通过吡咯、苯胺单体的化学聚合制备了吡咯-苯胺共聚物,同样使用流延涂层法将共聚物均匀的涂布在金属锌负极表面。结果表明,导电的共聚物改善了锌负极表面的电场分布,促进了反应的动力学,使锌“平躺”沉积于锌负极表面,这种特殊的沉积行为极大地减少了电池短路的风险。通过半电池和全电池的测试,共聚物修饰锌负极确实能够显著提高电池的稳定性,同时也证实了聚合物表面改性锌负极确实为一种简易、有效的保护策略。