复旦武培怡Angew.：磷酰胆碱两性离子保护层减轻水系锌负极上的副反应

水系锌（Zn）离子电池对于具有高安全性的下一代电池具有吸引力，然而其应用仍然受到Zn负极上不可控的枝晶形成和副反应的阻碍。

图1 裸锌负极和带PZIL的锌在沉积/剥离循环中的示意图

复旦大学武培怡等通过在羧甲基壳聚糖（CMCS）中聚合2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱（MPC），设计了一个多聚物保护层（PZIL）。研究显示，MPC侧链上的端基是带正电荷的胆碱阳离子，可以在Zn²⁺之前吸收到Zn负极上，从而防止Zn²⁺溶剂化结构中的H₂O分子与Zn负极接触。

此外，磷酸盐阴离子基团可以引导Zn²⁺迁移，并降低解溶剂化能，实现Zn/Zn²⁺的快速可逆。而且，保护层的机械性能通过SO₄^2-和CMCS之间的Hofmeister效应得到加强，以适应电极的变形。

图2 半电池性能

受益于上述优势，该保护层使对称锌电池的放电深度高达74.3%，并可以保持1000小时以上的稳定。此外，Zn/MnO₂电池的可逆容量为146 mA h g^-1，在10 C下循环超过2000次，Zn/AC电容器在10 A g^-1下循环超过10000次。上述性能充分证明了磷酰胆碱基保护层在高电流密度下的优异性能。

图3 全电池性能

Alleviating Side Reactions on Zn Anodes for Aqueous Batteries by a Cell Membrane Derived Phosphorylcholine Zwitterionic Protective Layer. Angewandte Chemie International Edition 2023. DOI: 10.1002/anie.202307271

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复旦武培怡Angew.：磷酰胆碱两性离子保护层减轻水系锌负极上的副反应

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