摘要：2025年1月8日，贵州大学谢海波教授和黄俊教授团队在国际顶级期刊Energy & Environmental Science发表题为《Zinc Chemistry Regulated by Chitosan-Based Poly(aprotic/protic

水系锌离子电池（AZIBs）是一种具有成本效益、整体安全性和环境友好性的储能技术。

然而，AZIBs的可逆性和寿命受到不受控制的锌化学反应的限制，这些化学反应发生在本体电解质和电极/电解质界面。

2025年1月8日，贵州大学谢海波教授和黄俊教授团队在国际顶级期刊Energy & Environmental Science发表题为《Zinc Chemistry Regulated by Chitosan-Based Poly(aprotic/protic ionic liquid)s with Multi-Anion-Cation Interactions for Highly Reversible Zn-Ion Batteries》的研究论文，Yongzhen Xu和Kui Chen为论文共同第一作者，谢海波教授和黄俊教授为论文共同通讯作者。

在这里，作者利用壳聚糖（CS）的特殊结构特点，首次制备了一系列坚固的壳聚糖基聚质子离子液体（CPPILs）和聚非质子/质子离子液体（CPAPILs），通过阴离子和阳离子的协同作用调节Zn的化学性质。

甜菜碱衍生的CPAPILs添加剂（CPAPILs-B）表现出更好的重组Zn2+溶剂化结构的能力，并增强通过羧酸根和氯离子的传输能力，而CPAPILs-B中的质子化胺和季铵离子有效地锚定在Zn阳极上，提供了充足的亲锌位点和均匀的电场。

因此，具有多阴离子-阳离子相互作用的CPAPILs-B赋予Zn/Zn对称电池在1 mA cm-2/0.5 mAh cm-2下的长期循环耐久性为5925小时，在10 mA cm-2/1 mAh cm-2下的超高累积沉积容量（CPC）超过7550 mAh cm-2。

该研究介绍了一种环保、可持续的CPAPILs-B添加剂，并强调了创新的分子设计和多阴离子协同作用是开发绿色添加剂以增强AZIBs可逆性的有前途的策略。

图1：AZIBs中多阴离子-阳离子相互作用机理示意图

图2：ZSO和CPLSs优化电解质的物理化学性质

图3：锌阳极的界面表征

图4：ZSO和CPAPIL-B/ZSO电解液中沉积/剥离锌的循环稳定性

图5：多阴离子-阳离子相互作用协同效应的理论计算

图6：Zn/MnO2全电池性能及实际应用

综上，作者利用壳聚糖（CS）的特殊结构特点，利用有机羧酸在水中进行温和质子化反应，制备了一系列坚固的壳聚糖基聚质子离子液体（CPPILs），并首次将其用于锌的化学调节。

通过模拟计算和实验验证，全生物基甜菜碱盐衍生聚非质子/质子离子液体（CPAPILs-B）具有最佳性能。认为CPAPILs-B中的羧酸根和氯离子能够取代一个溶剂化的H2O分子，促进脱溶过程并重构氢键网络，从而改善Zn2+离子的传输动力学。同时，共存的质子化胺和季铵阳离子优先锚定在Zn阳极表面，形成富氮的界面保护层，使Zn2+离子通量和电场分布均匀。

具有CPAPILs-B/ZSO的Zn/ Zn对称电池在1mA cm-2/0.5 mAh cm-2下的寿命为5925小时，在10 mA cm-2/1 mA h cm-2下的寿命为1510小时，且电压滞后较低。锌/铜不对称电池在5 mA cm-2/1 mAh cm-2下，在2100次循环中显示出优异的沉积/剥离可逆性，平均CE高达99.8%。

值得注意的是，使用CPAPILs-B/ZSO电解质的Zn/MnO2全电池表现出优异的循环稳定性，在1 A g-1下循环1000次后仍保持87.3%的容量。

该研究为制备生物基多功能添加剂提供了一种便捷的方法，对分子设计概念提供了深入的见解，并阐明了AZIBs中多阴离子-阳离子相互作用的协同调节机制。

Zinc Chemistry Regulated by Chitosan-Based Poly(aprotic/protic ionic liquid)s with Multi-Anion-Cation Interactions for Highly Reversible Zn-Ion Batteries. Energy & Environmental Science, 2025. https://doi.org/10.1039/D4EE05442C.

来源：华算科技