汪国秀教授 Angew：用于高性能锌金属阳极的多功能自组装生物界面层

可充电锌离子（Zn-ion）水系电池被广泛认为是下一代能源存储系统的重要候选产品，可用于低成本的可再生能源存储。然而，由于锌枝晶的不可控生长和锌金属阳极上严重的寄生反应，锌离子电池的开发目前正面临着重大挑战。在此，我们报告了一种利用牛血清白蛋白（BSA）在锌金属阳极上自组装成双层结构来提高水系锌离子电池性能的创新策略。BSA的亲水和疏水片段形成了独特的智能离子通道，可调节锌离子的迁移并促进其脱溶过程，从而显著减少锌阳极上的寄生反应，并导致锌沿 Zn (002) 平面均匀沉积。值得注意的是，以BSA作为电解质添加剂的Zn||Zn对称电池在10 mA cm-2的高电流密度下可稳定循环长达2400 小时。这项研究表明，自组装蛋白质双分子层结构在提高锌阳极在水性锌离子电池中的耐用性方面起着举足轻重的作用。

图文简介

a ) Zn阳极上BSA双分子层的形成图解。b ) Zn金属阳极的双电层示意图。c )多功能BSA双分子层的横截面示意图和相应的Zn2+离子扩散的工作机理。d )分散在水溶液电解质中的BSA胶束的冷冻电镜图像。e ) Native-PAGE结果显示了原始BSA和从电解液中回收的BSA的迁移痕迹。f )紫外灯下BSA在Zn金属薄片上围绕边缘和突起分布的2.5维荧光图像。顶部的鳞条对应着从蓝色到红色的强度增加。

a ) Zn沉积层上形成的BSA双分子层的冷冻电镜图像。b，c ) KPFM表征的Zn沉积层在无添加剂( b )和有BSA添加剂( c )的电解液中的表面形貌和相应的电位分布图。d-f ) XPS深度剖析在有和无BSA的水性电解液中形成的SEI。d ) C 1s，e ) O 1s和f ) S 2p光谱。

a )在5 mA cm-2的电流密度下，用不同电解液在透明玻璃电池中原位观察Zn的沉积。b，d )全景环视系统和c，e )在1 mA cm -2的电流密度下沉积5 h后，在原始电解液中获得的Zn阳极的横截面SEM图像为( b , c)，在有BSA的电解液中获得的Zn阳极的横截面SEM图像为( d , e)。f，g )从循环后有和没有BSA的Zn||Zn对称电池中检索出Zn阳极的XRD图谱。

a )用线性扫描伏安法( LSV )测得电池在0.1 mV s-1下的电化学稳定窗口。b ) Zn负极在含BSA和不含BSA的水系电解液中的Tafel曲线。c )含BSA的组装电池在不同循环次数下的Nyquist曲线。d ) Zn||Zn对称电池在电流密度为10 mA cm -2，容量为1 mAh cm -2时的循环性能。e ) Zn||Cu半电池在含BSA和不含BSA的水系电解液中在2 mA cm -2和0.5 mAh cm -2时的库伦效率。f，g )对电极测试的电压-容量曲线。h )组装的全电池在不同电解液中的循环性能。

论文信息

通讯作者： Guoxiu Wang