第一作者：Yifan Pan

通訊作者：武培怡、焦玉聰

通訊單位：東華大學(xué)

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本文提出了一種通過簡單自吸附策略在鋅金屬表面構(gòu)建溶菌酶保護層（LPL），用以改善鋅金屬在水系鋅離子電池中的性能。LPL展現(xiàn)出極強的附著力，能夠在長期循環(huán)中提供穩(wěn)定的界面。

此外，由于疏水誘導(dǎo)的聚集效應(yīng)，自吸附策略賦予保護層無縫隙、緊湊的形態(tài)，有效排斥自由水，從而抑制副反應(yīng)。更重要的是，溶菌酶的構(gòu)象在保護層形成之前已從α-螺旋結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)棣?片狀結(jié)構(gòu)，從而暴露出豐富的官能團與Zn2+相互作用，實現(xiàn)了雙電層改性、脫溶劑化能降低和離子擴散動力學(xué)加速。

因此，LPL使對稱鋅電池在高鋅深度放電（DOD）77.7%下具有超過1200小時的超長循環(huán)性能，以及Zn/Zn_0.25V₂O₅軟包電池在48%高鋅利用率和2.1低N/P比的條件下循環(huán)超過300次。

本研究提出了一種簡便、低成本的方法，用于構(gòu)建穩(wěn)定的鋅金屬保護層，以實現(xiàn)高鋅利用率的水系設(shè)備。

圖文導(dǎo)讀

圖1：溶菌酶在Zn陽極上的構(gòu)象轉(zhuǎn)變和電雙層（EDL）調(diào)節(jié)的示意圖，以及LPL的制備和附著力特性的表征。

圖2：有無LPL的對稱Zn電池的電化學(xué)性能。

圖3：LPL對EDL結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)和抑制副反應(yīng)的機制，包括EDL電容、微分電容、交換電流密度、活化能以及原位電化學(xué)阻抗譜（EIS）曲線。

圖4：Zn沉積行為，通過原位光學(xué)顯微鏡圖像、原位拉曼光譜和共聚焦激光顯微鏡（CLMS）圖像展示了有無LPL的Zn金屬在沉積過程中的沉積行為。

圖5：全電池和Zn/AC電容器的電化學(xué)性能，包括原位拉曼光譜、自放電測試、長期循環(huán)性能、彎曲測試以及與其他工作的比較。

總結(jié)展望

本研究成功在鋅金屬表面構(gòu)建了一種新型的溶菌酶保護層（LPL），通過溶菌酶的構(gòu)象轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)了對鋅金屬的高效保護。

LPL的構(gòu)建不僅增強了鋅金屬與電解液之間的界面穩(wěn)定性，而且通過調(diào)節(jié)電雙層結(jié)構(gòu)，顯著提高了鋅離子的擴散動力學(xué)，從而在高鋅利用率條件下顯著提升了鋅電池的循環(huán)穩(wěn)定性和性能。

特別是，對稱鋅電池在高DOD條件下展現(xiàn)出超過1200小時的超長循環(huán)性能，而Zn/Zn_0.25V₂O₅軟包電池在低N/P比和高鋅利用率條件下也表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。

這些結(jié)果表明，LPL是一種有效提升水系鋅電池性能的保護層策略，為鋅基能源存儲設(shè)備的實用化提供了新的思路。

文獻信息

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

期刊：Advanced Materials

DOI：10.1002/adma.202314144