浙江
在当今能源转型的关键时期，高效、安全的储能技术成为了全球科研人员竞相攻克的难题。近期，一项来自江南大学付少海教授团队的前沿研究成果在《Advanced Functional Materials》上发表，题为“Stabilizing Zinc-Iodine Batteries via Amyloid Fibril-Based Electrolytes: Ion Transport and pH Regulation Through Hierarchical Networks”，为锌碘（Zn-I2）电池的发展带来了新的突破。
锌碘电池因其高能量密度、成本效益以及安全性，被视为未来能源存储系统的有力竞争者。然而，锌阳极表面电化学稳定性差、多碘化物穿梭效应等问题，严重制约了其性能和商业化应用。这些问题导致电池循环寿命短、能量效率低，难以满足实际应用需求。
研究团队创新性地提出利用牛奶蛋白衍生的淀粉样纤维（AFs）来改良锌碘电池的电解质环境。AFs具有独特的层级结构和丰富的极性官能团，能够形成三维物理化学双重交联网络。实验中，研究人员采用了多种先进的表征技术，包括原子力显微镜（AFM）、拉曼光谱、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、核磁共振（NMR）等，深入探究了AFs在电解液中的结构和作用机制。同时，通过线性扫描伏安法（LSV）、电化学阻抗谱（EIS）、原位光学表征等手段，对电池的电化学性能和离子传输行为进行了全面评估。
实验结果显示，加入AFs的电解质在多个关键性能指标上取得了显著进步。在对称电池测试中，使用AFs电解质的锌锌对称电池在1.0毫安/平方厘米的电流密度下能够稳定运行超过2500小时，而在5.0毫安/平方厘米的高电流密度下也能持续超过500小时，远超纯硫酸锌电解液电池的50小时和59小时。此外，全电池在30000次循环后容量保持率高达98.83%，展现出卓越的循环稳定性和抗自放电性能。
从机理上看，AFs的加入有效调节了锌离子的成核和生长行为，稳定了反应过程中的局部pH波动，抑制了氢气逸出和副产物形成。其三维网络结构还减轻了多碘化物离子的穿梭效应，增强了碘正极的电催化活性。通过分子动力学模拟和密度泛函理论（DFT）计算，研究人员进一步揭示了AFs中氨基酸单元与锌离子及多碘化物离子之间的强相互作用，证实了其在离子传输和界面稳定中的关键作用。
这项研究不仅为锌碘电池的性能优化提供了一种全新的策略，还拓展了蛋白质基材料在能源存储领域的应用前景。通过精心设计电解质，实现了对离子传输和界面反应的精准调控，为解决水系电池中的共性问题提供了宝贵经验。未来，基于这种创新电解质的锌碘电池有望在大规模储能、可穿戴电子设备等领域发挥重要作用，助力全球能源转型和可持续发展进程。
来源：高分子科学前沿
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