唐永炳/张帆 AFM: 寡肽诱导的多功能界面层具有质子化疏水性和强亲和力，可用于高稳定性锌阳极

锌离子电池（ZIB）因其低氧化还原电位、高容量和内在安全性而受到广泛关注。然而，锌阳极上的锌枝晶生长、腐蚀和钝化等关键问题会对其电化学性能产生不利影响。本文作为寡肽概念的验证，引入了具有-NH2和-SH等官能团的谷胱甘肽作为电解质添加剂，以在锌阳极上构建多功能的电极-电解质界面层。形成的质子化氨基（NH3+）可阻止锌阳极上的水分子吸附，构建疏水界面层，从而减缓腐蚀。此外，-SH与锌之间的强相互作用还能使谷胱甘肽分子紧紧地锚定在电极表面，形成一个坚固的界面层。因此，Zn||Zn对称电池在1 mA cm-2条件下实现了近3000 小时的长循环寿命，在3 mA cm-2条件下实现了1600 小时的稳定循环寿命。此外，含有谷胱甘肽电解质的锌||活性炭（AC）混合电容器在5 A g-1的条件下可稳定运行近28 000 次，是目前已报道的锌混合电容器中效果最好的。

图文简介

a ) 0 GSH-Zn阳极的3D重建图像(右)和相应的SEM图像(左)；( b ) 20 Gsh-Zn阳极；c ) 40 Gsh-Zn阳极；d ) 60 Gsh- Zn阳极；e ) 80 Gsh-Zn阳极；f ) 100 GSH-Zn负极在5 mA cm -2、5 mAh cm -2下循环10次后。g) 0 GSH-Zn、20 GSH-Zn、40 GSH-Zn、60 GSH-Zn、80 GSH-Zn和100 GSH-Zn的XRD光谱。h) I(002)/I(101)的相应值。i) 0 GSH-Zn、20 GSH-Zn、40 GSH-Zn、60 GSH-Zn、80 GSH-Zn、100 GSH-Zn对称电池在1 mA cm-2 和1 mAh cm-2 下的循环性能。

a,b) 在1 mA cm-2 和1 mAh cm-2 条件下，不同电解质中无添加剂 a) 和添加20 mm谷胱甘肽 b) 的Zn||Ti电池的静电压曲线。c)不同电解质下Zn||Ti电池对应的CEs。d、e)不同电解质下Zn||Ti电池的电压-时间曲线(d)及相应黑色虚线框放大图(e)。f) 20 mM谷胱甘肽对Zn||Zn对称电池倍率性能的影响。g) 0.1 mA cm−2、1 mAh cm−2下不同电解质下Zn||Zn对称电池的恒流充放电曲线。

a) 裸锌，b) 20 GSH-Zn阳极（将锌阳极浸泡在 20 mm GSH溶液中6 小时）的横截面SEM图像，插图为相应的光学图像。c,d,f,g) 0 GSH-Zn阳极和20 GSH-Zn阳极在3 mA cm-2和3 mAh cm-2条件下循环30 次后的XPS曲线。e)浸泡在不同电解质(甘氨酸)中形成的表面层与锌箔之间的横向结合力。h) 1 m Zn(OTf)2水溶液在原始锌电极和20 GSH-Zn电极上的接触角。i) 0 GSH-Zn和20 GSH-Zn电极在1 m Zn(OTf)2水溶液中的电位极化曲线。j,k) 0 GSH-Zn阳极（j）和20 GSH-Zn阳极（k）在不同温度下的EIS。l) 利用Arrhenius方程计算两个电极的脱溶活化能。

a-d) 锌阳极-电解质界面的理论计算。a) 水分子和谷胱甘肽分子在锌箔表面的吸附能量比较；b) 锌箔和平行于锌箔的谷胱甘肽分子之间的电荷密度差以及相应的等位面（黄色和青色半透明团块分别代表电子密度的增加和减少）。c) 谷胱甘肽的分子静电势计算图。d) 谷胱甘肽（左）和水分子（右）的最低未占用分子轨道、最高占用分子轨道等位面（等值 = 0.015 a.u.）。e) 谷胱甘肽对锌阳极的作用机理示意图。

ZIHCs的电化学性能

论文信息

通讯作者：Yongbing Tang， Fan Zhang