可充电水性锌离子电池(AZIB)因其固有的安全性、成本效益、高理论容量(5854 mAh cm−3)和快速充放电能力而受到广泛关注。然而，锌金属阳极遭受严重的枝晶生长和副产物析氢反应(HER)。随着这些反应的发生，电极结构出现的缺陷和表面积聚的H2气泡进一步减少了成核位点，形成了不均匀的电场分布。电解质-电极界面上的不稳定性导致Zn2+在可逆剥离/电镀过程中不均匀沉积，从而促使Zn枝晶的形成，降低AZIBs的整体循环性能。

浙江理工大学纺织科学与工程学院轻化工程系胡毅教授课题组，基于纺织染整与新能源的交叉融合创新，报道了一种用于提高锌负极循环可逆性的双功能的生物质电解液添加剂，利用毛染整清洁化生产中的还原方法，提取羊毛纤维角蛋白（Ker）并将其应用于AZIBs。相关工作以“Dual functional bio-inspired additives reconstruct metal-organic interface stability for wearable energy storage system”为题发表在国际著名期刊Energy Storage Materials（影响因子18.9）上，论文DOI：10.1016/j.ensm.2024.103797。

文章要点：

作者通过研究发现，羊毛角蛋白分子在硫酸锌电解液中由三维有序构象向无规卷曲构象转变，这种转变使羊毛角蛋白更容易与水分子形成氢键，同时Zn2+和角蛋白之间具有强亲和力破坏了其与SO42−的结合，可进一步调节水系电解液中局部化学环境。分子动力学模拟和DFT计算也充分证实了这一理论。

结合L-半胱氨酸和L-谷氨酸在Zn各晶面的吸附状态，发现L-半胱氨酸-SEI层中的L-半胱氨酸会诱导大量局部位点促进Zn2+沿水平平面沉积和生长。与含有氧官能团（-OH、-COOH）的其他氨基酸相比，-SH基团参与了SEI层生成。-SH在锌表面氧化导致了牢固的Zn-S化学结合形成致密的Ker-SEI层，优化了由原始结构缺陷和初始锌尖端引起的不均匀电场分布，有效抑制了锌枝晶生长。

研究人员通过逐步激光切割、活性材料装载、电解液涂覆和封装，制备出无隔膜的互连结构能量存储装置。通过设计结构参数，可以轻松调节能量存储系统的尺寸、能量密度和输出电压。此外，该装置可与柔性薄膜太阳能电池集成，以减少充电的不便。全集成的可穿戴供电-存储装置为可穿戴智能服装提供不间断的能量供应。如图6d所示，该系统还可以直接附着在人体表面，为可穿戴智能心电监测器提供能量供应，在生物体监测和疾病预防领域具有潜在应用。

感谢浙江省自然科学基金和浙江理工大学嵊州创新研究院开放基金对此项工作的大力支持。

论文链接：Dual functional bio-inspired additives reconstruct metal-organic interface stability for wearable energy storage system

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405829724006238