Angew. Chem. ：局部凝胶电解质解锁锌阳极实用化

可充电锌基水系电池（ZABs）凭借其低成本、高性能和环境友好的显著优势在解决能源和环境危机方面展现出巨大潜力。但是，负极-电解质界面不兼容性导致的寄生反应、枝晶生长和锌腐蚀限制了ZABs的库伦效率和循环寿命。

水凝胶电解质虽然能够优化电极-电解质界面，但是其低离子电导率限制了电池的整体性能。构建局部水凝胶界面层可以降低锌离子的扩散阻力，有望突破这一瓶颈。然而，界面凝胶化的复杂作用原理，包括Zn²⁺溶剂化结构的重构、氢键网络结构的演变以及电极-电解质的界面相互作用等，导致其工作机制和设计思路尚不明晰，限制了锌阳极的实用化进程。

近日，北京化工大学的周继升教授与昆士兰大学的罗彬教授合作，利用抗冻蛋白（AFP）与水分子缔合氢键的仿生原理设计了锌阳极表面局域化的凝胶电解质（ALGE），在优化锌沉积行为的同时抑制了析氢和锌腐蚀，构建了实用的锌阳极保护策略。

在Zn²⁺穿过ALGE并在锌阳极界面处沉积的过程中，ALGE通过缔合水分子直接破坏原有氢键网络并优化锌Zn²⁺的溶剂化结构，构建了贫水的电极、电解质界面并降低了锌离子对水分子的极化作用，有效抑制了析氢反应。

ALGE通过与锌阳极的界面相互作用直接调控了锌的沉积形态。ALGE中的各单体均与锌晶体的 (100) 晶面结合更强，阻碍了锌晶体的垂直生长，使具有低表面能的 (002) 晶面更容易生长，形成规则的平面层状堆积，避免了锌枝晶生成。

由于ALGE在锌沉积/剥离过程中发挥多重功能，包括抑制析氢、消除枝晶和缓解腐蚀，基于ALGE修饰的锌负极组装的水系锌基电池（锌-二氧化锰电池和锌-碘电池）均表现出高库仑效率、优异的循环稳定性和卓越的容量保持能力。

这项工作提出了一种有效的局域化凝胶电解质策略，为锌阳极的实用化提供了新的解决方案。

论文信息

Biomimetic Localized Gel Electrolyte for Practical Zinc Anode

Yibo Zhu, Shengyong Gao, Shuangbin Zhang, Yang Chen, Peng Liu, Haotian Meng, Zhiruo Luo, Xuan Chen, Zhenhai Wen, Lina Wang, Lianzhou Wang, Bin Luo, Jisheng Zhou

文章的第一作者是北京化工大学的硕士研究生朱怡博

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202501664