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可充電水系鋅離子電池具有安全性、資源豐富、毒性低、理論容量高及氧化還原電位低等優勢，但在重復電鍍/剝離過程中鋅負極發生寄生副反應的巨大挑戰阻礙了其實際應用。

為解決上述挑戰，澳大利亞悉尼科技大學汪國秀教授、鄭州大學徐晶副教授及Xiaolong Shi等人報道了將絲素蛋白（SF）作為水系鋅離子電池的多功能電解液添加劑。包含圓二色（CD）光譜、XPS分析、DFT計算及AIMD模擬在內的實驗與理論研究表明，SF分子在水系ZnSO₄電解液中經歷了從α-螺旋向無規則卷曲的二級結構轉變，這使其有效地削弱了自由水分子之間的氫鍵相互作用。

同時，SF分子也取代了Zn²⁺溶劑化鞘中的結合水形成[Zn(H₂O)₄(SF)]²⁺溶劑化結構。[Zn(H₂O)₄(SF)]²⁺溶劑化鞘層釋放的SF分子逐漸吸附在Zn負極表面并原位形成水穩定和自修復的保護膜，這種SF基保護膜不僅表現出很強的Zn²⁺親和力以促進均勻的Zn沉積，而且具有良好的絕緣性能來抑制寄生副反應。

圖1. 含SF添加劑的水系電解液溶劑化結構分析

因此，采用1 M ZnSO₄ + 0.5 wt % SF電解液的Zn||Zn對稱電池在1 mA cm^-2的電流密度和1 mAh cm^-2的容量下實現了超長循環壽命（超過1600小時）。少量SF對降低水分活度的作用不大，不足以形成保護膜。然而，過多的SF添加劑也會導致電壓滯后增加，這表明由于較小的離子電導率和過量的SF含量引發的較厚保護膜導致Zn沉積的高能壘。

此外，即使在惡劣的充放電條件下（10 mA cm^-2和5 mAh cm^-2），該對稱電池仍表現出500小時的出色循環性能。更重要的是，Zn||KVO全電池在3 A g^-1下1000次循環后具有170 mAh g^-1的高容量和98.3%的高CE。總之，這項工作為利用天然蛋白質分子作為綠色和有效的電解液添加劑在鋅負極上原位構建保護膜提供了一條途徑，并為實現安全和高性能的鋅離子電池提供了有益的指導。

圖2. Zn||KVO全電池性能評估

In Situ Construction of Protective Films on Zn Metal Anodes via Natural Protein Additives Enabling High-Performance Zinc Ion Batteries, ACS Nano 2022. DOI: 10.1021/acsnano.2c05285

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汪國秀/徐晶ACS Nano: 加點天然蛋白質添加劑，實現高性能鋅離子電池！

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