對于鋅離子電池（ZIB）而言，不均勻的鋅沉積/剝離會導(dǎo)致高極化率和庫低侖效率（CE），從而阻礙鋅離子電池的大規(guī)模應(yīng)用。

圖1 原位形成的陰離子SEI層的制備和表征

倫敦大學(xué)學(xué)院何冠杰等受海帶陽離子積累和抗老化性能的啟發(fā)，提出了一種表面改性策略，以幫助通過生物激發(fā)的陰離子層形成強(qiáng)大的原位SEI。

具體而言，通過在鋅負(fù)極表面涂覆藻酸鈉（SA），可在沉積/剝離過程中引發(fā)原位SEI，其中兩個(gè)SA單鏈將通過將電解質(zhì)中的Zn²⁺離子互鎖而與Zn²⁺原位聚合，并構(gòu)建均勻的Zn²⁺擴(kuò)散層。這種形成實(shí)質(zhì)上是在Zn表面建立了一個(gè)基于水凝膠的保護(hù)層，從而增強(qiáng)了其穩(wěn)定性。

應(yīng)用于Zn負(fù)極的SA層具有陰離子層的功能，可調(diào)節(jié)Zn²⁺的脫溶劑化結(jié)構(gòu)，這有助于Zn (002)表面的優(yōu)先沉積，從而形成均勻致密的沉積層。與原始Zn負(fù)極相比，所得SEI層可以為均勻的Zn沉積構(gòu)建一個(gè)加速通道。同時(shí)，原位SEI具有更強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度，能與水合氫氧化硫酸鋅（ZHS）等無機(jī)成分一起應(yīng)對枝晶的形成。

圖2 原位SEI層的影響

因此，即使在高放電深度（DOD）條件下，SA涂層鋅負(fù)極仍能在低電位差（0.114 V）條件下保持穩(wěn)定的鋅剝離/沉積行為。根據(jù)經(jīng)典成核理論，SA涂層鋅的成核能量比裸鋅低97%，因此成核速度更快。此外，采用SA 涂層電極組裝的Zn||Cu電池在1,400次循環(huán)中的平均CE值高達(dá)99.8%。

該設(shè)計(jì)在軟包電池中也得到了成功驗(yàn)證，即使在高正極質(zhì)量負(fù)載（大于10 mg/cm^-2）的情況下，SA涂層鋅的容量保持率仍高達(dá)96.9%，而裸鋅負(fù)極的容量保持率僅為 59.1%。

圖3 采用SA涂層的Zn的電化學(xué)性能

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