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鋅負(fù)極的適度可逆性是水性鋅離子電池中長(zhǎng)期存在的挑戰(zhàn)，推動(dòng)了對(duì)合適電解質(zhì)添加劑的不斷探索。對(duì)于穩(wěn)定的鋅負(fù)極，在多種界面反應(yīng)中建立均勻沉積至關(guān)重要，包括抑制副反應(yīng)和促進(jìn)鍍鋅工藝。海藻糖由于其維持生物穩(wěn)定性的機(jī)制而引起廣泛關(guān)注。

?周豪慎團(tuán)隊(duì)Angew.：仿生海藻糖添加劑改進(jìn)可逆鋅負(fù)極的穩(wěn)定性和動(dòng)力學(xué)

在此，南京大學(xué)周豪慎教授團(tuán)隊(duì)首次報(bào)道了海藻糖在電解質(zhì)改性中的跨學(xué)科應(yīng)用。通過(guò)理論計(jì)算和多種原位技術(shù)相結(jié)合，不僅說(shuō)明了添加劑對(duì)電解質(zhì)氫鍵網(wǎng)絡(luò)的調(diào)控，更證明了其在促進(jìn)界面反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方面的關(guān)鍵作用。

由于析氫反應(yīng)的抑制和界面鋅沉積動(dòng)力學(xué)改善，在海藻糖改性的電解質(zhì)中實(shí)現(xiàn)了(002)晶面暴露的平整致密鋅沉積，從而提高了鋅負(fù)極溶解沉積過(guò)程的可逆性。

圖1. 海藻糖對(duì)界面過(guò)程的調(diào)控

總之，通過(guò)對(duì)微生物自我防衛(wèi)機(jī)制進(jìn)行延伸，該工作探討了海藻糖在電解質(zhì)調(diào)控中的應(yīng)用。揭示了海藻糖在提高鋅負(fù)極可逆性中的多重作用，包括氫鍵破斷劑、溶劑化調(diào)節(jié)劑和界面反應(yīng)促進(jìn)劑。

從熱力學(xué)角度看，海藻糖由于具有豐富的氫鍵位點(diǎn)和較強(qiáng)的Zn²⁺捕獲能力，不僅可以破壞H₂O的氫鍵網(wǎng)絡(luò)，降低其還原活性，還可以弱化Zn²⁺的溶劑化環(huán)境，促進(jìn)脫溶劑化過(guò)程進(jìn)行。

在動(dòng)力學(xué)方面，THL分子的界面吸附層也作為Zn²⁺脫溶劑的助力，提供均勻高效的鋅離子流，解鎖Zn的沉積/剝離動(dòng)力學(xué)限制，最終實(shí)現(xiàn)了具有可逆性的均勻Zn沉積。在Zn/Cu電池中表現(xiàn)出99.8%的平均CE和超過(guò)1500 h(9.0% DOD)的穩(wěn)定循環(huán)。

同時(shí)提高了Zn對(duì)稱電池的倍率性能和貧電解液下的循環(huán)穩(wěn)定性。THL添加劑的適用性也在ZVO正極的全電池中得到了證明，實(shí)現(xiàn)了倍率性能提高和2000次穩(wěn)定循環(huán)。因此，該項(xiàng)工作為探索面向穩(wěn)定鋅負(fù)極的添加劑提供了新的見(jiàn)解。

圖2. 海藻糖對(duì)全電池性能的改善

A Bio-Inspired Trehalose Additive for Reversible Zinc Anodes with Improved Stability and Kinetics, Angewandte Chemie International Edition 2023 DOI: 10.1002/anie.202310143

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