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

圖1 原位形成的陰離子SEI層的制備和表征

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

具體而言，通過在鋅負極表面涂覆藻酸鈉（SA），可在沉積/剝離過程中引發原位SEI，其中兩個SA單鏈將通過將電解質中的Zn²⁺離子互鎖而與Zn²⁺原位聚合，并構建均勻的Zn²⁺擴散層。這種形成實質上是在Zn表面建立了一個基于水凝膠的保護層，從而增強了其穩定性。

應用于Zn負極的SA層具有陰離子層的功能，可調節Zn²⁺的脫溶劑化結構，這有助于Zn (002)表面的優先沉積，從而形成均勻致密的沉積層。與原始Zn負極相比，所得SEI層可以為均勻的Zn沉積構建一個加速通道。同時，原位SEI具有更強的機械強度，能與水合氫氧化硫酸鋅（ZHS）等無機成分一起應對枝晶的形成。

圖2 原位SEI層的影響

因此，即使在高放電深度（DOD）條件下，SA涂層鋅負極仍能在低電位差（0.114 V）條件下保持穩定的鋅剝離/沉積行為。根據經典成核理論，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次循環中的平均CE值高達99.8%。

該設計在軟包電池中也得到了成功驗證，即使在高正極質量負載（大于10 mg/cm^-2）的情況下，SA涂層鋅的容量保持率仍高達96.9%，而裸鋅負極的容量保持率僅為 59.1%。

圖3 采用SA涂層的Zn的電化學性能

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