周江/陈根EES：自组装多层板引导缓冲界面，实现长寿命水系锌离子电池

可充水系锌离子电池（AZIBs）在固定式储能网中有着广泛的应用前景，然而它们实际上受到了界面不稳定和枝晶生长的阻碍。

图1 不同的电极-电解液界面示意

中南大学周江、陈根等设计了一种特殊的吸附式自组装多层板（SAM）来改变电双层（EDL）的结构。具体而言，这项工作从氨基酸对锌的卓越亲和力以及它们的成本效益和环境可持续性中得到启发，筛选出了常用的L-半胱氨酸（L-cys）作为构建SAM的分子构件。

研究显示，带有极性基团的SAM-Zn提供了强大的偶极矩，并与空间拓扑结构相连接。分子多层调节EDL的结构，以加速电极动力学并释放界面上的浓度极化，而疏水性抑制了水介导的寄生副反应的发生。此外，多层板作为缓冲域，可以根据环境条件重新配置，引发动态补充相位，以对抗电极形态的变化。

图2 SAM-Zn的抗腐蚀和电化学性能

由于分子功能结构的精确设计和出色的稳定性能，无枝晶的锌负极在5 mA cm^-2的条件下实现了1370小时以上的循环稳定性。

此外，Zn||NH₄V₄O₁₀软包电池表现出211.2 mAh g^-1的初始容量，并在2 A g^-1的条件下循环200次后容量保持率达到82.0%。这项研究将成熟的SAM方法扩展为设计功能导向的中间层的平台，以使AZIBs具有超长寿命。

图3 全电池的电化学性能

Self-assembled multilayers direct a buffer interphase toward long-life aqueous zinc-ion batteries. Energy & Environmental Science 2023. DOI: 10.1039/d3ee01098h