锌负极上不受控制的枝晶生长和析氢反应严重限制了水系锌离子电池的实际应用。电解质添加剂工程提供了一种有前景的解决方案。
在此，哈尔滨工业大学王博、王殿龙，复旦大学晁栋梁，东北农业大学丛博文等人提出了一种仿生的"锚定-捕获"效应，利用多齿添加剂同时实现稳固的界面构建和快速的Zn²⁺捕获。甜菊糖（ST）作为一种天然生物质提取物，具有柔性的多齿亲水链和刚性骨架，被选作概念验证。
系统表征和理论计算验证了痕量电解质添加剂ST的锚定捕获效应。一方面，ST分子优先吸附并聚集在锌负极表面，促进形成均匀的电极-电解质界面层并重构界面氢键网络。另一方面，柔性的多齿亲水链增强了对Zn²⁺的捕获和固定，抑制了其二维扩散并引导均匀沉积。此外，Zn²⁺与ST之间较强的结合能促进了脱溶剂化过程。
因此，Zn||Zn对称电池展现出超长循环寿命（> 8800 h @ 0.5 mA cm⁻²），Zn||Cu非对称电池表现出卓越的可逆性（1200次循环平均库仑效率 > 99.5%），Zn||VO₂全电池在2 A g⁻¹下循环1000次后容量保持率接近100%。这种仿生界面工程策略为开发绿色电解质添加剂以稳定锌负极提供了宝贵见解。
图1. 电极界面表征
总之，该工作引入了一种天然生物质提取物作为痕量多功能电解质添加剂用于稳定锌负极。具体而言，提出了受章鱼启发的"锚定-捕获"效应，并选择甜菊糖作为概念验证。
理论计算和实验结果表明，具有柔性多齿亲水链和刚性骨架的ST表现出强烈的特异性吸附和结合能力，优先吸附在锌负极表面形成均匀的电极-电解质界面层。界面氢键网络也被重构，抑制了H₂O活性并促进脱溶剂化过程。柔性多齿亲水链协同作用以捕获和固定Zn²⁺，防止二维横向扩散并促进均匀沉积。
受益于此，Zn||Zn对称电池在0.5 mA cm⁻² 和 0.5 mAh cm⁻²下展现出超过8800 h的超长循环寿命。Zn||Cu非对称电池稳定循环1200次，平均库仑效率高达99.5%。Zn||VO₂全电池表现出优异的循环性能，在2 A g⁻¹下循环1000次后容量保持率超过100%。本工作为开发绿色电解质添加剂以增强水系锌离子电池锌负极稳定性提供了可行的策略。
图2. 电池性能
Biomimetic Anchor‐Capture Effect of Multidentate Electrolyte Additive for Ultrastable Aqueous Zinc Ion Batteries, Angewandte Chemie International Edition 2025 DOI: 10.1002/anie.202526100
王博 哈工大化工与化学学院电化学工程系长聘教授/博士生导师、国家新能源工程技术研究中心副主任，曾任华为中央研究院技术专家A（20级）、韩国国家基础研究院研究员。研究方向是电化学储能和电化学精密制造（合成）的基础科学与工程应用研究。以第一和/或通讯作者身份在Angew、Adv. Mater.、Energy Environ. Sci.、Matter、Adv. Energy Mater.、Adv. Funct. Mater.、ACS Nano、Nano Energy、Energy Storage Mater.、Applied Catalysis B: Environmental等知名期刊上发表 SCI论文100余篇， ESI热点和高被引论文16篇，被引9000余次，H因子为51。
王殿龙 博士生导师 研究领域：1 电铸、化学镀；2 化学电源及电极材料
