东华大学「国家杰青」武培怡团队，最新AM！

第一作者：Yifan Pan

通讯作者：武培怡、焦玉聪

通讯单位：东华大学

论文速览

本文提出了一种通过简单自吸附策略在锌金属表面构建溶菌酶保护层（LPL），用以改善锌金属在水系锌离子电池中的性能。LPL展现出极强的附着力，能够在长期循环中提供稳定的界面。

此外，由于疏水诱导的聚集效应，自吸附策略赋予保护层无缝隙、紧凑的形态，有效排斥自由水，从而抑制副反应。更重要的是，溶菌酶的构象在保护层形成之前已从α-螺旋结构转变为β-片状结构，从而暴露出丰富的官能团与Zn2+相互作用，实现了双电层改性、脱溶剂化能降低和离子扩散动力学加速。

因此，LPL使对称锌电池在高锌深度放电（DOD）77.7%下具有超过1200小时的超长循环性能，以及Zn/Zn_0.25V₂O₅软包电池在48%高锌利用率和2.1低N/P比的条件下循环超过300次。

本研究提出了一种简便、低成本的方法，用于构建稳定的锌金属保护层，以实现高锌利用率的水系设备。

图文导读

图1：溶菌酶在Zn阳极上的构象转变和电双层（EDL）调节的示意图，以及LPL的制备和附着力特性的表征。

图2：有无LPL的对称Zn电池的电化学性能。

图3：LPL对EDL结构的调节和抑制副反应的机制，包括EDL电容、微分电容、交换电流密度、活化能以及原位电化学阻抗谱（EIS）曲线。

图4：Zn沉积行为，通过原位光学显微镜图像、原位拉曼光谱和共聚焦激光显微镜（CLMS）图像展示了有无LPL的Zn金属在沉积过程中的沉积行为。

图5：全电池和Zn/AC电容器的电化学性能，包括原位拉曼光谱、自放电测试、长期循环性能、弯曲测试以及与其他工作的比较。

总结展望

本研究成功在锌金属表面构建了一种新型的溶菌酶保护层（LPL），通过溶菌酶的构象转变，实现了对锌金属的高效保护。

LPL的构建不仅增强了锌金属与电解液之间的界面稳定性，而且通过调节电双层结构，显著提高了锌离子的扩散动力学，从而在高锌利用率条件下显著提升了锌电池的循环稳定性和性能。

特别是，对称锌电池在高DOD条件下展现出超过1200小时的超长循环性能，而Zn/Zn_0.25V₂O₅软包电池在低N/P比和高锌利用率条件下也表现出优异的循环稳定性。

这些结果表明，LPL是一种有效提升水系锌电池性能的保护层策略，为锌基能源存储设备的实用化提供了新的思路。

文献信息

标题：Constructing Lysozyme Protective Layer via Conformational Transition for Aqueous Zn Batteries

期刊：Advanced Materials

DOI：10.1002/adma.202314144