可充水系鋅離子電池（AZIBs）在固定式儲(chǔ)能網(wǎng)中有著廣泛的應(yīng)用前景，然而它們實(shí)際上受到了界面不穩(wěn)定和枝晶生長的阻礙。

圖1 不同的電極-電解液界面示意

中南大學(xué)周江、陳根等設(shè)計(jì)了一種特殊的吸附式自組裝多層板（SAM）來改變電雙層（EDL）的結(jié)構(gòu)。具體而言，這項(xiàng)工作從氨基酸對(duì)鋅的卓越親和力以及它們的成本效益和環(huán)境可持續(xù)性中得到啟發(fā)，篩選出了常用的L-半胱氨酸（L-cys）作為構(gòu)建SAM的分子構(gòu)件。

研究顯示，帶有極性基團(tuán)的SAM-Zn提供了強(qiáng)大的偶極矩，并與空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相連接。分子多層調(diào)節(jié)EDL的結(jié)構(gòu)，以加速電極動(dòng)力學(xué)并釋放界面上的濃度極化，而疏水性抑制了水介導(dǎo)的寄生副反應(yīng)的發(fā)生。此外，多層板作為緩沖域，可以根據(jù)環(huán)境條件重新配置，引發(fā)動(dòng)態(tài)補(bǔ)充相位，以對(duì)抗電極形態(tài)的變化。

圖2 SAM-Zn的抗腐蝕和電化學(xué)性能

由于分子功能結(jié)構(gòu)的精確設(shè)計(jì)和出色的穩(wěn)定性能，無枝晶的鋅負(fù)極在5 mA cm^-2的條件下實(shí)現(xiàn)了1370小時(shí)以上的循環(huán)穩(wěn)定性。

此外，Zn||NH₄V₄O₁₀軟包電池表現(xiàn)出211.2 mAh g^-1的初始容量，并在2 A g^-1的條件下循環(huán)200次后容量保持率達(dá)到82.0%。這項(xiàng)研究將成熟的SAM方法擴(kuò)展為設(shè)計(jì)功能導(dǎo)向的中間層的平臺(tái)，以使AZIBs具有超長壽命。

圖3 全電池的電化學(xué)性能

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