范红金/宋卫星AM：逐层自组装生物大分子膜稳定锌负极，1.4万次循环！

锌金属负极的副反应是导致水系锌离子电池（AZIBs）电池寿命受限的严重问题。

图1. 锌阳极上LbL-(CS/SA)₄膜的构建

首都师范大学宋卫星、新加坡南洋理工大学范红金等采用一种简便、可控的逐层（LbL）自组装技术，构建了一种离子导电、机械坚固的电解质/负极界面，用于稳定锌负极。壳聚糖（CS）和海藻酸钠（SA）都是可生物降解的天然聚电解质，常用于食品保鲜和化妆品，因此作者选择这两种聚合物作为构件聚合物。这两种带相反电荷的聚合物会通过静电力交替吸附在金属负极表面，自发地组装成凝胶状的LbL层。

具体而言，首先，这些聚合物富含羟基，可紧紧吸附在金属负极表面，形成坚固的保护层，将金属负极与大量电解质隔开。其次，由CS和SA组成的LbL层通过聚电解质的功能基团与锌离子之间的氢键作用，吸附并剥离Zn²⁺离子溶剂化鞘中的配位水分子。

第三，根据密度泛函理论（DFT）计算，负极表面锌离子的脱溶剂化能降低。最后，干燥后的保护层恢复成凝胶状薄膜，使其具有机械柔韧性，可适应锌沉积过程中的体积变化。同时，软膜紧贴锌箔表面，有助于消除有害的”尖端效应”，保持电场均匀。

图2. 半电池性能

因此，(CS/SA)₄-锌对称电池在低电流密度和高电流密度下的循环稳定性都得到了显著提高，可稳定循环5200小时以上。(CS/SA)₄-Zn||H₂V₃O₈全电池在5 A g^-1的电流密度下循环14000次后，容量仍能保持在 125.5 mAh g^-1。此外，电极面积为5×7 cm²的软包电池在0.1 A g^-1的条件下循环500次后容量保持率也达到 83%。鉴于LbL薄膜的材料和制备成本低且环保，这种锌保护策略可能会促进AZIB的工业应用。

图3. 全电池性能

A Layer-by-Layer Self-Assembled Biomacromolecule Film for Stable Zinc Anode. Advanced Materials 2023. DOI: 10.1002/adma.202306734