​何冠杰Angew.：仿生聚阴离子电解质用于高稳定锌离子电池

对于锌离子电池（ZIB）而言，不均匀的锌沉积/剥离会导致高极化率和库低仑效率（CE），从而阻碍锌离子电池的大规模应用。

图1 原位形成的阴离子SEI层的制备和表征

伦敦大学学院何冠杰等受海带阳离子积累和抗老化性能的启发，提出了一种表面改性策略，以帮助通过生物激发的阴离子层形成强大的原位SEI。

具体而言，通过在锌负极表面涂覆藻酸钠（SA），可在沉积/剥离过程中引发原位SEI，其中两个SA单链将通过将电解质中的Zn²⁺离子互锁而与Zn²⁺原位聚合，并构建均匀的Zn²⁺扩散层。这种形成实质上是在Zn表面建立了一个基于水凝胶的保护层，从而增强了其稳定性。

应用于Zn负极的SA层具有阴离子层的功能，可调节Zn²⁺的脱溶剂化结构，这有助于Zn (002)表面的优先沉积，从而形成均匀致密的沉积层。与原始Zn负极相比，所得SEI层可以为均匀的Zn沉积构建一个加速通道。同时，原位SEI具有更强的机械强度，能与水合氢氧化硫酸锌（ZHS）等无机成分一起应对枝晶的形成。

图2 原位SEI层的影响

因此，即使在高放电深度（DOD）条件下，SA涂层锌负极仍能在低电位差（0.114 V）条件下保持稳定的锌剥离/沉积行为。根据经典成核理论，SA涂层锌的成核能量比裸锌低97%，因此成核速度更快。此外，采用SA 涂层电极组装的Zn||Cu电池在1,400次循环中的平均CE值高达99.8%。

该设计在软包电池中也得到了成功验证，即使在高正极质量负载（大于10 mg/cm^-2）的情况下，SA涂层锌的容量保持率仍高达96.9%，而裸锌负极的容量保持率仅为 59.1%。

图3 采用SA涂层的Zn的电化学性能

Bio-inspired Polyanionic Electrolytes for Highly Stable Zinc-Ion Batteries. Angewandte Chemie International Edition 2023. DOI: 10.1002/anie.202311268