扬州大学化学化工学院校特聘青年百人王天奕博士与郑州大学电气工程学院徐晶副教授通过简单的涂覆和处理在锌负极表面上制备了均一的、稳定的Silk II-Silk Fibroin (Silk II-SF)涂层。这种生物大分子聚合物涂层是一种很好的屏障,可以阻挡电解液中的H2O和O2直接与锌负极接触。与Silk I-SF相比Silk II-SF更稳定,对金属的吸附性更好。同时,Silk II-SF分子链上丰富的官能团(如-COOH、-CO-NH-和-NH2)可以与Zn2+相互作用并降低成核电位,并引导Zn2+优先在Zn(002)晶面上水平生长,实现负极表面的均匀Zn沉积。实验表明,Silk II-SF涂层可以通过吸附效应和强粘附能力防止枝晶生长和析氢腐蚀。因此,在对称电池测试中,使用Silk II-SF@Zn的电池在10mA cm-2和20mA cm-2的电流密度下分别实现了3300h和1500h的循环寿命,远优于裸锌电池。同时,Silk II-SF@Zn在Zn||Cu和Zn||V2O5电池中分别展示出了优异的循环稳定性和倍率性能。Silk II-SF@Zn||Cu电池在1 mA cm-2 的电流密度下成核过电位为42.4 mV,比Zn||Cu电池(51.8 mV)低了9.4 mV,较低的成核电位有利于Zn2+的水平沉积。Silk II-SF@Zn||Cu电池在2 mA cm-2的电流密度下能稳定循环1000圈以上(Zn||Cu电池循环到400圈左右发生短路)。在2A g-1的电流密度下循环1000圈后,Silk II-SF@Zn||V2O5和Zn||V2O5的电池容量分别为92 mAh g-1和54 mAh g-1,Silk II-SF涂层能够减少Zn损失提高电池循环寿命。使用Silk II-SF 涂层保护锌负极是实现无枝晶锌负极和长循环寿命水系锌离子电池的一种简便有效策略,有利于推动水系锌离子电池的实际应用。
Jiahui Lu, Jian Yang, Zhihao Zhang, Chengyin Wang, Jing Xu* and Tianyi Wang*
ChemSusChem
DOI: 10.1002/cssc.202200656