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李耀剛/李克睿AFM: 低成本、環(huán)保的絲肽添加劑實現(xiàn)穩(wěn)定的鋅離子電池！

水系鋅離子電池（ZIBs）最近引起了廣泛關(guān)注，但仍然存在缺乏低成本、高度穩(wěn)定的電解液來解決鋅負(fù)極-電解液界面嚴(yán)重副反應(yīng)的挑戰(zhàn)。

在此，東華大學(xué)李耀剛研究員、李克睿研究員等人提出了一種絲素蛋白的水解策略，以促進(jìn)其結(jié)構(gòu)重組和更多氨基/羧基（-NH₂，-COOH）的生成。作者發(fā)現(xiàn)，將絲素蛋白水解的絲肽作為一種高效、低成本、環(huán)保的電解液添加劑可顯著延長 ZIBs的循環(huán)壽命。

與絲膠蛋白和絲心蛋白相比，絲肽在ZnSO₄水系電解液中的溶解度更高且在多肽鏈上含有更多的極性基團，表現(xiàn)出對減輕鋅負(fù)極副反應(yīng)的兩個關(guān)鍵作用：

（1）Zn²⁺的溶劑化結(jié)構(gòu)由絲肽通過減少配位的活性H₂O和SO₄^2-來調(diào)節(jié)，并通過光譜測試和分子動力學(xué)（MD）模擬驗證了這一點；

（2）根據(jù)DFT計算和實驗結(jié)果，絲肽分子傾向于錨定在鋅負(fù)極表面，用于隔離與活性H₂O和SO₄^2-的接觸及靜電屏蔽。

圖1. 絲肽的制備流程及其作為ZIBs電解液添加劑的應(yīng)用

為了驗證絲肽添加劑對溶劑化和界面調(diào)節(jié)的協(xié)同作用，作者使用半電池和全電池進(jìn)行了穩(wěn)定性實驗。隨著絲肽（5 mg mL^-1）的引入，Cu-Zn電池的CE值和壽命顯著提高，分別達(dá)到99.7%和≥1000個循環(huán)。同時，基于5 mg mL^-1絲肽的ZnSO₄電解液，Zn-Zn電池在1 mA cm^-2的電流密度下表現(xiàn)出3000小時的超長循環(huán)穩(wěn)定性，沒有電壓極化波動且面積容量為1 mAh cm^-2。

此外，含絲肽添加劑電解液的Zn-MnO₂全電池在1.5 A g^-1下1000次循環(huán)后容量保持率高達(dá)76%。受益于絲肽的低負(fù)載量和單價，與其他電解液添加劑相比，含絲肽的ZnSO₄電解液還具有成本效益。這項工作為穩(wěn)定鋅負(fù)極提供了一條新途徑，并促進(jìn)了下一代儲能裝置電解液的開發(fā)。

圖2. 基于絲肽添加劑電解液的半/全電池電化學(xué)性能

Synergistic Solvation and Interface Regulations of Eco-Friendly Silk Peptide Additive Enabling Stable Aqueous Zinc-Ion Batteries, Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202112693

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