程涛&王殿龙&王博AM：-30至60℃宽温电解液！

枝晶生长和锌负极的低沉积/剥离效率以及水系电解液的高冰点阻碍了水系锌离子电池的实际应用。

苏州大学程涛、哈尔滨工业大学王殿龙、王博等通过在水系电解液中加入甜菜碱（Bet，甜菜植物的副产品），提出了一种基于两性离子渗透电解液的分子拥挤电解液，以解决上述问题。

图1. 水系电解液中Bet的DFT计算和光谱表征

在生物学中，生物大分子和亲水小分子在生物细胞中的浓度非常高，而且拥挤。当亲水小分子，如代谢物和渗透性物质的浓度达到600 mM时，就会形成”小分子拥挤”。拥挤的环境会改变溶液的性质，例如，H₂O的氢键结构被打破，活性降低。甜菜碱（Bet）是一种安全无毒的生物两性离子渗透剂，主要从甜菜中提取，可使一些植物在零下环境中生存。

受这种分子拥挤效应的启发，预计可以通过构建分子拥挤电解液来减少自由H₂O的含量，以抑制析氢并降低冰点。基于此，作者通过Bet首次通过仿生学构建了一个分子拥挤的电解液，以稳定锌负极。

图2. Zn的沉积/剥离性能及形态

Bet与Zn²⁺之间的强相互作用打破了Zn²⁺的溶剂化鞘，减少了靠近Zn负极的Zn²⁺周围的活性水，抑制了HER，减少了副产物的发生，从而使Zn-Cu电池的平均库仑效率（CE）达到99.9%。此外，Bet改变了Zn²⁺的沉积方向，导致没有枝晶沉积。获得的对称电池可以在0.5 mA cm^-2、0.5 mAh cm^-2下稳定工作4235小时以上。

此外，基于Bet/ZnSO₄电解液的Zn负极在-30至60℃的宽温度范围内保持了良好的可逆性。如该研究所示，基于仿生学概念的高浓度功能生物分子的利用可为ZIBs的多功能电解也设计提供更多的活力。

图3. 所得电解液的低温性能

Molecular Crowding Effect Mimicking Cold Resistant Plant to Stabilize Zinc Anode with Wider Service Temperature Range. Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202208237

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