In Situ Konstruktion von Schutzfilmen auf Zn-Metallanoden durch natürliche Proteinadditive zur Ermöglichung von Hochleistungs-Zink-Ionen-Batterien

Die starke Aktivität von Wassermolekülen verursacht eine Reihe von parasitären Nebenreaktionen an Zn-Anoden in den wässrigen Elektrolyten. Hier stellen wir Seidenfibroin (SF) als multifunktionales Elektrolytadditiv für wässrige Zink-Ionen-Batterien vor. Die Transformation der Sekundärstruktur von SF-Molekülen von α-Helices zu zufälligen Faltungen in den wässrigen Elektrolyten ermöglicht es ihnen, das Netzwerk von Wasserstoffbrücken unter freien Wassermolekülen zu brechen und an der Solvationsstruktur von Zn2+-Ionen teilzunehmen. Die SF-Moleküle, die aus der Zn(H2O)4(SF)2+-Solvationshülle freigesetzt werden, scheinen allmählich an der Oberfläche der Zn-Anoden adsorbiert zu werden und bilden in situ einen hydrostabilen und selbstheilenden Schutzfilm. Dieser auf SF basierende Schutzfilm zeigt nicht nur eine starke Affinität zu Zn2+-Ionen, um eine homogene Zn-Ablagerung zu fördern, sondern hat auch ein gutes Isolierverhalten, um parasitäre Reaktionen zu unterdrücken. Dank dieser multifunktionalen Vorteile erreicht die Zykluslebensdauer der Zn||Zn symmetrischen Zellen über 1600 Stunden in SF-haltigen ZnSO4-Elektrolyten. Darüber hinaus zeigt die volle Zelle durch Verwendung einer Kaliumvanadat-Kathode eine hervorragende Zyklusstabilität über 1000 Zyklen bei 3 A g-1. Die in situ Konstruktion eines Schutzfilms auf der Zn-Anode aus natürlichen Proteinmolekülen bietet eine effektive Strategie zur Erreichung von Hochleistungs-Zn-Metallanoden für Zink-Ionen-Batterien.