​周豪慎团队Angew.：仿生海藻糖添加剂改进可逆锌负极的稳定性和动力学

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​周豪慎团队Angew.：仿生海藻糖添加剂改进可逆锌负极的稳定性和动力学
锌负极的适度可逆性是水性锌离子电池中长期存在的挑战，推动了对合适电解质添加剂的不断探索。对于稳定的锌负极，在多种界面反应中建立均匀沉积至关重要，包括抑制副反应和促进镀锌工艺。海藻糖由于其维持生物稳定性的机制而引起广泛关注。
​周豪慎团队Angew.：仿生海藻糖添加剂改进可逆锌负极的稳定性和动力学
在此，南京大学周豪慎教授团队首次报道了海藻糖在电解质改性中的跨学科应用。通过理论计算和多种原位技术相结合，不仅说明了添加剂对电解质氢键网络的调控，更证明了其在促进界面反应动力学方面的关键作用。
由于析氢反应的抑制和界面锌沉积动力学改善，在海藻糖改性的电解质中实现了(002)晶面暴露的平整致密锌沉积，从而提高了锌负极溶解沉积过程的可逆性。
​周豪慎团队Angew.：仿生海藻糖添加剂改进可逆锌负极的稳定性和动力学
图1. 海藻糖对界面过程的调控
总之，通过对微生物自我防卫机制进行延伸，该工作探讨了海藻糖在电解质调控中的应用。揭示了海藻糖在提高锌负极可逆性中的多重作用，包括氢键破断剂、溶剂化调节剂和界面反应促进剂。
从热力学角度看，海藻糖由于具有丰富的氢键位点和较强的Zn2+捕获能力，不仅可以破坏H2O的氢键网络，降低其还原活性，还可以弱化Zn2+的溶剂化环境，促进脱溶剂化过程进行。
在动力学方面，THL分子的界面吸附层也作为Zn2+脱溶剂的助力，提供均匀高效的锌离子流，解锁Zn的沉积/剥离动力学限制，最终实现了具有可逆性的均匀Zn沉积。在Zn/Cu电池中表现出99.8%的平均CE和超过1500 h(9.0% DOD)的稳定循环。
同时提高了Zn对称电池的倍率性能和贫电解液下的循环稳定性。THL添加剂的适用性也在ZVO正极的全电池中得到了证明，实现了倍率性能提高和2000次稳定循环。因此，该项工作为探索面向稳定锌负极的添加剂提供了新的见解。
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图2. 海藻糖对全电池性能的改善
A Bio-Inspired Trehalose Additive for Reversible Zinc Anodes with Improved Stability and Kinetics, Angewandte Chemie International Edition 2023 DOI: 10.1002/anie.202310143

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