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復旦武培怡Angew.：磷酰膽堿兩性離子保護層減輕水系鋅負極上的副反應(yīng)

水系鋅（Zn）離子電池對于具有高安全性的下一代電池具有吸引力，然而其應(yīng)用仍然受到Zn負極上不可控的枝晶形成和副反應(yīng)的阻礙。

圖1 裸鋅負極和帶PZIL的鋅在沉積/剝離循環(huán)中的示意圖

復旦大學武培怡等通過在羧甲基殼聚糖（CMCS）中聚合2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰膽堿（MPC），設(shè)計了一個多聚物保護層（PZIL）。研究顯示，MPC側(cè)鏈上的端基是帶正電荷的膽堿陽離子，可以在Zn²⁺之前吸收到Zn負極上，從而防止Zn²⁺溶劑化結(jié)構(gòu)中的H₂O分子與Zn負極接觸。

此外，磷酸鹽陰離子基團可以引導Zn²⁺遷移，并降低解溶劑化能，實現(xiàn)Zn/Zn²⁺的快速可逆。而且，保護層的機械性能通過SO₄^2-和CMCS之間的Hofmeister效應(yīng)得到加強，以適應(yīng)電極的變形。

圖2 半電池性能

受益于上述優(yōu)勢，該保護層使對稱鋅電池的放電深度高達74.3%，并可以保持1000小時以上的穩(wěn)定。此外，Zn/MnO₂電池的可逆容量為146 mA h g^-1，在10 C下循環(huán)超過2000次，Zn/AC電容器在10 A g^-1下循環(huán)超過10000次。上述性能充分證明了磷酰膽堿基保護層在高電流密度下的優(yōu)異性能。

圖3 全電池性能

Alleviating Side Reactions on Zn Anodes for Aqueous Batteries by a Cell Membrane Derived Phosphorylcholine Zwitterionic Protective Layer. Angewandte Chemie International Edition 2023. DOI: 10.1002/anie.202307271

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