隨著全球對可再生能源需求的增長，開發安全環保的儲能技術成為當務之急。水系鋅離子電池因使用水基電解液和儲量豐富的鋅金屬，被視為極具潛力的綠色儲能方案。然而，這類電池在極端溫度下表現不佳：低溫時電解液結冰導致電池“罷工”，高溫時電極/電解液界面副反應又引發失效，嚴重限制了實際應用。傳統改進方案如高濃度鹽電解液、有機-水混合電解液或凝膠電解質雖能緩解部分問題，卻往往顧此失彼——或犧牲動力學，或降低充放電效率。例如，某些方案雖耐低溫，但高溫下會腐蝕電極；而另一些方案雖提升穩定性，卻因離子電導率過低拖慢反應速度。更棘手的是，這些改進通常只能針對單一溫度場景，難以滿足日常使用中冬夏溫差帶來的嚴苛要求。 近日，湖南大學朱智強教授團隊獨辟蹊徑，從自然界的生物材料中找到了突破口。他們發現，蠶絲中的絲素蛋白具有獨特的雙親特性（親水/親鋅），既能與水分子互動，又能與鋅離子結合。將微量絲素蛋白（每升電解液僅添加6克）融入高濃度氯化鋅電解液后，實現了水系鋅電池在?60 °C至60 °C寬溫域范圍內穩定性與反應動力學的協同提升。絲素蛋白通過重構水分子氫鍵網絡并參與Zn2+配位，有效降低電解液粘度，并抑制副反應；此外，絲素蛋白通過相轉變同時在正、負極表面形成雙親性保護層，增強電極潤濕性，促進鋅均勻沉積，并抑制正極溶解。 實驗顯示，采用該電解液的Zn||Zn對稱電池在?60 °C下展現出優異動力學（1 mA cm?2下極化電壓僅180 mV），并在60 °C高溫條件下保持長效循環穩定性（2 mA cm?2下穩定運行200小時）。此外，該電解液對無機正極（V2O5·nH2O）與有機正極（PANI）均表現出優異的適配性。更令人矚目的是，團隊成功制備出能量密度達72 Wh L?1和鋅負極利用率47%的安時級軟包電池，在室溫下0.5 A g?1循環50次后容量保持率達91%，并可在?60 °C至60 °C范圍內穩定工作。
圖1. 絲素蛋白添加劑的作用機制。
圖2. 絲素蛋白調控電解液結構。
圖3. 絲素蛋白對鋅負極電化學性能的影響。
圖4. 絲素蛋白對全電池電化學性能的影響。 綜上所述，本工作利用絲素蛋白實現“電解液結構+電解液/電極界面”協同優化，成功開發出寬溫域 (?60 °C至60 °C)下適用的新型電解液體系。這項研究不僅為開發全天候適用的水系電池提供了新思路，更開創了生物材料在電化學儲能領域應用的新范式。 論文信息 Aqueous Zinc-Ion Batteries with Boosted Stability and Kinetics under a Wide Temperature Range Lei Zhang, Yu Han, Yaheng Geng, Hui Zhang, Hongguang Liu, Yan He, Zichao Yan, Prof. Zhiqiang Zhu Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202500434
