南京大学周豪慎教授，郭少华教授团队从生物防御机制得到启发，首次报道海藻糖作为水系锌离子电解液的添加剂。理论计算和多种原位技术表明海藻糖分子对电解质氢键网络的调控，更证明了其在促进界面反应动力学方面的关键作用。由于析氢反应的抑制和界面锌沉积动力学改善，海藻糖改性的电解质中展现出（002）织构的平整致密锌沉积，从而提高了锌负极溶解沉积过程的可逆性。
研究亮点
首次报道了海藻糖在水系锌负极保护的跨领域应用
利用多种表征手段系统研究了海藻糖对于界面反应动力学的调控
揭示了优化溶解沉积动力学对提高锌负极可逆性的关键作用
图1：海藻糖添加剂：从极端环境生物防御到水系锌负极保护
图2. 海藻糖对界面过程的调控
(a)锌负极在不同电解质下的电化学双电层电容 (EDLC)。(b) Zn/电解质界面上H2O或THL吸附行为的DFT计算结果。(c) 不同电解质中锌沉积过程中原位 EIS的弛豫时间分布 (DRT) 分析。(d) 不同界面过程弛豫时间 (τ) 变化的比较。Cu衬底上Zn沉积过程界面环境的原位拉曼的 (e) 原理图和 (f) 对应光谱图。
THL倾向于水平吸附在（002）晶面，该界面吸附层能够在锌沉积过程中降低反应的弛豫时间，明显促进锌沉积过程的动力学。而锌沉积过程的原位拉曼表明，THL表面吸附能够调控锌离子的表面输运，促进沉积反应的快速进行，避免金属枝晶的产生和生长。
图3. 海藻糖对锌负极性能的提升
不同电解质Zn/Cu电池在 (a) 3 mA cm-2和 (b) 5 mA cm-2下的库伦效率 (CE)。(c) 1M ZSO为1M, 5mM THL的Zn/Cu电池的恒流循环曲线。(e) 以1M ZSO和5mM THL为电解质，容量为2 mA h cm-2的Zn的倍率性能。(f) 贫电解质 (17 μL mAh-1) ，使用1M ZSO和5mM THL电解质Zn对称电池的循环性能。(g) 在5 mA cm-2, 2.5 mA h cm-2 (DOD = 9%) 条件下，使用1M ZSO和5mM THL的Zn对称电池的循环稳定性。
THL修饰电解质的Zn/Cu电池的循环可逆性远优于纯ZnSO4，在5mM THL中获得了超过1500次循环的长期稳定性（CE≈99.5%）。在较大倍率下（5 mA cm-2）甚至甚至可以稳定循环3000次以上（CE≈99.8%），而纯ZnSO4中Zn/Cu电池在100次循环内便已经失效。在3000次循环，Zn/Cu电池也能维持稳定的低电压滞后（≈100 mV）。此外，使用添加了THL的电解液能够明显提高Zn对称电池的倍率性能和贫液条件下的循环稳定性。使用5mM THL作为电解质，Zn对称电池能够在9.0%的放电深度下稳定循环超过1300小时不发生短路，是纯ZnSO4电解质的10倍。
该工作研究了海藻糖在电解质调控中的应用，从热力学和动力学上揭示了海藻糖在提高锌负极可逆性中的多重作用，包括氢键破断剂、溶剂化调节剂和界面反应促进剂。这项工作强调了界面动力学优化对锌负极可逆性提升的关键作用，为探索面向稳定锌负极的添加剂提供了新的见解。
该研究成果以“A Bio-Inspired Trehalose Additive for Reversible Zinc Anodes with Improved Stability and Kinetics”发表于Angew. Chem. Int. Ed.上。网上赌搏十大网站(亚洲)集团有限公司博士生李浩宇为本文第一作者，周豪慎教授与郭少华教授为论文的共同通讯作者，此外，南京大学何平教授也给予了重要的支持帮助。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金委、江苏省自然科学基金委等的支持，同时也得到固体微结构物理国家重点实验室，南京大学储能材料与技术中心，南京大学超算中心的大力支持与帮助。
文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.202310143
