第一作者：Yifan Pan

通訊作者：武培怡、焦玉聰

通訊單位：東華大學(xué)

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本文提出了一種通過(guò)簡(jiǎn)單自吸附策略在鋅金屬表面構(gòu)建溶菌酶保護(hù)層（LPL），用以改善鋅金屬在水系鋅離子電池中的性能。LPL展現(xiàn)出極強(qiáng)的附著力，能夠在長(zhǎng)期循環(huán)中提供穩(wěn)定的界面。

此外，由于疏水誘導(dǎo)的聚集效應(yīng)，自吸附策略賦予保護(hù)層無(wú)縫隙、緊湊的形態(tài)，有效排斥自由水，從而抑制副反應(yīng)。更重要的是，溶菌酶的構(gòu)象在保護(hù)層形成之前已從α-螺旋結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)棣?片狀結(jié)構(gòu)，從而暴露出豐富的官能團(tuán)與Zn2+相互作用，實(shí)現(xiàn)了雙電層改性、脫溶劑化能降低和離子擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)加速。

因此，LPL使對(duì)稱鋅電池在高鋅深度放電（DOD）77.7%下具有超過(guò)1200小時(shí)的超長(zhǎng)循環(huán)性能，以及Zn/Zn_0.25V₂O₅軟包電池在48%高鋅利用率和2.1低N/P比的條件下循環(huán)超過(guò)300次。

本研究提出了一種簡(jiǎn)便、低成本的方法，用于構(gòu)建穩(wěn)定的鋅金屬保護(hù)層，以實(shí)現(xiàn)高鋅利用率的水系設(shè)備。

圖文導(dǎo)讀

圖1：溶菌酶在Zn陽(yáng)極上的構(gòu)象轉(zhuǎn)變和電雙層（EDL）調(diào)節(jié)的示意圖，以及LPL的制備和附著力特性的表征。

圖2：有無(wú)LPL的對(duì)稱Zn電池的電化學(xué)性能。

圖3：LPL對(duì)EDL結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)和抑制副反應(yīng)的機(jī)制，包括EDL電容、微分電容、交換電流密度、活化能以及原位電化學(xué)阻抗譜（EIS）曲線。

圖4：Zn沉積行為，通過(guò)原位光學(xué)顯微鏡圖像、原位拉曼光譜和共聚焦激光顯微鏡（CLMS）圖像展示了有無(wú)LPL的Zn金屬在沉積過(guò)程中的沉積行為。

圖5：全電池和Zn/AC電容器的電化學(xué)性能，包括原位拉曼光譜、自放電測(cè)試、長(zhǎng)期循環(huán)性能、彎曲測(cè)試以及與其他工作的比較。

總結(jié)展望

本研究成功在鋅金屬表面構(gòu)建了一種新型的溶菌酶保護(hù)層（LPL），通過(guò)溶菌酶的構(gòu)象轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)了對(duì)鋅金屬的高效保護(hù)。

LPL的構(gòu)建不僅增強(qiáng)了鋅金屬與電解液之間的界面穩(wěn)定性，而且通過(guò)調(diào)節(jié)電雙層結(jié)構(gòu)，顯著提高了鋅離子的擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)，從而在高鋅利用率條件下顯著提升了鋅電池的循環(huán)穩(wěn)定性和性能。

特別是，對(duì)稱鋅電池在高DOD條件下展現(xiàn)出超過(guò)1200小時(shí)的超長(zhǎng)循環(huán)性能，而Zn/Zn_0.25V₂O₅軟包電池在低N/P比和高鋅利用率條件下也表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。

這些結(jié)果表明，LPL是一種有效提升水系鋅電池性能的保護(hù)層策略，為鋅基能源存儲(chǔ)設(shè)備的實(shí)用化提供了新的思路。

文獻(xiàn)信息

標(biāo)題：Constructing Lysozyme Protective Layer via Conformational Transition for Aqueous Zn Batteries

期刊：Advanced Materials

DOI：10.1002/adma.202314144