中南张治安AM：多功能蛋白质基粘结剂赋予高压正极稳健的人工界面

长期以来，电极/电解质界面不稳定、反应动力学缓慢和过渡金属（TM）溶解等多重问题极大地影响了钠离子电池正极材料的倍率和循环性能。

中南大学张治安等开发了一种基于蛋白质的多功能粘结剂丝胶蛋白/聚丙烯酸(SP/PAA)，以解决这些问题。

图1 NMFPP正极和粘结剂的物理化学表征

丝胶蛋白(SP)是一种很有前景的生物材料，存在于蚕茧中，可作为天然粘结剂将丝心蛋白纤维粘合在一起。具有丰富极性侧基（氨基、羧基、羟基等）的多肽骨架赋予丝胶蛋白良好的水溶性和亲水性，同时，这些不同的官能团和氨基酸单元中侧链的残基可能赋予SP多功能。

此外，据报道，SP在电子/电化学设备中表现出良好的抗氧化性，使其成为电化学稳定的粘结剂候选者。因此，基于SP的这些突出特性，作者设计了一种由H键互连的丝胶蛋白（SP）和聚丙烯酸（PAA）组成的SP基水溶性多功能粘结剂。

图2 电化学性能

研究显示，由于侧链具有丰富的极性基团和表面亲水性，SP/PAA粘结剂可以均匀地覆盖在NMFPP表面。DFT 计算表明，SP/PAA粘结剂与高压Na₄Mn₂Fe(PO₄)₂P₂O₇ (NMFPP)正极材料之间的相互作用力远强于PVDF，这赋予了SP/PAA基电极在循环中的良好结构完整性。

此外，作者发现蛋白质和ClO₄– 阴离子基团之间的相互作用提供了额外的钠扩散路径，并降低了能垒，从而提高了离子电导率以实现快速钠迁移。另外，均匀涂覆的粘结剂膜作为坚固的人造界面，有助于稳定正极电解质界面，并保护NMFPP正极免受电解液腐蚀和锰溶解。总之，这种多功能的蛋白质基粘结剂为提高电池电极材料的电化学性能提供了新的机会。

图3 电极的完整性

Robust Artificial Interphases Constructed by a Versatile Protein-Based Binder for High-Voltage Na-Ion Battery Cathodes. Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202202624