李耀刚/李克睿AFM: 低成本、环保的丝肽添加剂实现稳定的锌离子电池！

水系锌离子电池（ZIBs）最近引起了广泛关注，但仍然存在缺乏低成本、高度稳定的电解液来解决锌负极-电解液界面严重副反应的挑战。

在此，东华大学李耀刚研究员、李克睿研究员等人提出了一种丝素蛋白的水解策略，以促进其结构重组和更多氨基/羧基（-NH₂，-COOH）的生成。作者发现，将丝素蛋白水解的丝肽作为一种高效、低成本、环保的电解液添加剂可显著延长 ZIBs的循环寿命。

与丝胶蛋白和丝心蛋白相比，丝肽在ZnSO₄水系电解液中的溶解度更高且在多肽链上含有更多的极性基团，表现出对减轻锌负极副反应的两个关键作用：

（1）Zn²⁺的溶剂化结构由丝肽通过减少配位的活性H₂O和SO₄^2-来调节，并通过光谱测试和分子动力学（MD）模拟验证了这一点；

（2）根据DFT计算和实验结果，丝肽分子倾向于锚定在锌负极表面，用于隔离与活性H₂O和SO₄^2-的接触及静电屏蔽。

图1. 丝肽的制备流程及其作为ZIBs电解液添加剂的应用

为了验证丝肽添加剂对溶剂化和界面调节的协同作用，作者使用半电池和全电池进行了稳定性实验。随着丝肽（5 mg mL^-1）的引入，Cu-Zn电池的CE值和寿命显著提高，分别达到99.7%和≥1000个循环。同时，基于5 mg mL^-1丝肽的ZnSO₄电解液，Zn-Zn电池在1 mA cm^-2的电流密度下表现出3000小时的超长循环稳定性，没有电压极化波动且面积容量为1 mAh cm^-2。

此外，含丝肽添加剂电解液的Zn-MnO₂全电池在1.5 A g^-1下1000次循环后容量保持率高达76%。受益于丝肽的低负载量和单价，与其他电解液添加剂相比，含丝肽的ZnSO₄电解液还具有成本效益。这项工作为稳定锌负极提供了一条新途径，并促进了下一代储能装置电解液的开发。

图2. 基于丝肽添加剂电解液的半/全电池电化学性能

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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