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由于鋰（Li）枝晶的不可控生長，可充鋰金屬電池（LMB）面臨著安全性和壽命短的問題。富含多種極性基團的天然生物分子可能具有高親鋰性，顯示出抑制枝晶生長的潛力。然而，除了化學成分外，它們與自然界的結構差異對其功能也產生了顯著的影響，這一點目前還沒有研究。

美國華盛頓州立大學Wei-Hong Zhong、北京化工大學Jin Liu等人通過實驗和分子模擬，發現了一種消除鋰枝晶的天然材料，即玉米醇溶蛋白（Zein），并通過調整其結構來實現長壽命鋰負極，成功地增強了其枝晶抑制能力。

通過使用強力變性劑將緊密的蛋白質結構徹底展開和打開得到了一種“強消除配置”（SRC-Zein）。與折疊的蛋白質相比，通過SRC-Zein對隔膜進行改性可更有效地抑制鋰枝晶，并且產生更出色的電解液潤濕性、更高的離子電導率 (2.0 mS/cm) 和更高的Li⁺轉移數 (0.68)。這些重要的特性在均勻離子沉積和抑制鋰枝晶的成核/生長方面發揮協同作用。

結果，對稱Li/Li電池在2 mA/cm²下表現出超過1400小時的優異循環穩定性。此外，采用SRC-Zein改性隔膜的半電池在容量、循環穩定性和倍率性能方面表現出顯著增強。

圖1 調整蛋白質構型以抑制鋰枝晶

圖2 沉積狀態下循環銅電極的形態研究

Natural “Relief” for Lithium Dendrites: Tailoring Protein Configurations for Long-life Lithium Metal Anodes. Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.07.010

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EnSM：為長壽命鋰金屬負極定制蛋白質結構

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