可充水系鋅離子電池（AZIBs）在固定式儲能網中有著廣泛的應用前景，然而它們實際上受到了界面不穩定和枝晶生長的阻礙。

圖1 不同的電極-電解液界面示意

中南大學周江、陳根等設計了一種特殊的吸附式自組裝多層板（SAM）來改變電雙層（EDL）的結構。具體而言，這項工作從氨基酸對鋅的卓越親和力以及它們的成本效益和環境可持續性中得到啟發，篩選出了常用的L-半胱氨酸（L-cys）作為構建SAM的分子構件。

研究顯示，帶有極性基團的SAM-Zn提供了強大的偶極矩，并與空間拓撲結構相連接。分子多層調節EDL的結構，以加速電極動力學并釋放界面上的濃度極化，而疏水性抑制了水介導的寄生副反應的發生。此外，多層板作為緩沖域，可以根據環境條件重新配置，引發動態補充相位，以對抗電極形態的變化。

圖2 SAM-Zn的抗腐蝕和電化學性能

由于分子功能結構的精確設計和出色的穩定性能，無枝晶的鋅負極在5 mA cm^-2的條件下實現了1370小時以上的循環穩定性。

此外，Zn||NH₄V₄O₁₀軟包電池表現出211.2 mAh g^-1的初始容量，并在2 A g^-1的條件下循環200次后容量保持率達到82.0%。這項研究將成熟的SAM方法擴展為設計功能導向的中間層的平臺，以使AZIBs具有超長壽命。

圖3 全電池的電化學性能

Self-assembled multilayers direct a buffer interphase toward long-life aqueous zinc-ion batteries. Energy & Environmental Science 2023. DOI: 10.1039/d3ee01098h