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  近年來(lái)，新興的水系鋅離子電池因其低成本、高安全性和生態(tài)友好性而受到人們的廣泛關(guān)注，被認(rèn)為是一種具有廣闊應(yīng)用前景的大規(guī)模儲(chǔ)能體系。金屬鋅具有較高的質(zhì)量容量和體積容量（820 mAh g^?1，5855 mAh cm^?3），較低的氧化還原電位（與標(biāo)準(zhǔn)氫電極相比為?0.76 V），在空氣和水介質(zhì)中穩(wěn)定性好，因此被廣泛直接用作電池的負(fù)極。然而，鋅金屬負(fù)極在水系電解液中總是存在枝晶生長(zhǎng)、析氫反應(yīng)和腐蝕副產(chǎn)物等副反應(yīng)，嚴(yán)重阻礙了其商業(yè)化應(yīng)用。

  鑒于此，東華大學(xué)王宏志教授團(tuán)隊(duì)提出了一種絲素蛋白的水解策略，以促進(jìn)其結(jié)構(gòu)重組和出現(xiàn)更多的氨基/羧基極性基團(tuán)（?NH₂，?COOH）。結(jié)果表明，作為絲素蛋白的水解物，絲肽是一種高效、低成本、環(huán)保的電解液添加劑，可以顯著延長(zhǎng)水系鋅離子電池的循環(huán)壽命。與絲膠蛋白和絲素蛋白相比，絲肽分子在硫酸鋅電解液中具有較高的可溶性，肽鏈上含有更多的極性基團(tuán)，這對(duì)于緩解鋅負(fù)極的副反應(yīng)具有兩個(gè)關(guān)鍵作用：1)通過(guò)減少配位的活性H₂O和SO₄^2?，絲肽調(diào)控Zn²⁺的溶劑化結(jié)構(gòu)，光譜測(cè)試和分子動(dòng)力學(xué)模擬驗(yàn)證了這一點(diǎn)；2)根據(jù)密度泛函理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，絲肽分子傾向于錨定在Zn負(fù)極表面，以隔離接觸H₂O和SO₄^2?，同時(shí)起到界面靜電屏蔽的作用。因此，僅少量的絲肽添加劑（5 mg mL^?1，≈0.49 USD L^?1）對(duì)鋅陽(yáng)極的循環(huán)壽命（3000 h）和庫(kù)侖效率（99.7%）產(chǎn)生顯著影響，并在全電池中實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)期循環(huán)穩(wěn)定性（1000次循環(huán)后保持率為76%）。

圖3. a)Zn²⁺與絲肽鏈上的–COOH (ΔE₁)、–NH₂ (ΔE₂)和–CO–NH– (ΔE₃)基團(tuán)之間結(jié)合能的DFT計(jì)算；b)有/無(wú)絲肽添加劑的硫酸鋅電解液的核磁氫譜；c,d,e)含有絲肽的硫酸鋅電解液中，Zn²⁺溶劑化結(jié)構(gòu)的MD模擬快照和徑向分布函數(shù)；f)有/無(wú)絲肽的硫酸鋅電解液的拉曼光譜；g)有/無(wú)絲肽的電解液中Zn²⁺溶劑化結(jié)構(gòu)示意圖

圖5. a)含不同絲肽濃度的硫酸鋅電解液中，Cu-Zn電池庫(kù)侖效率測(cè)試；b)有/無(wú)絲肽(5 mg mL^–1)的硫酸鋅電解液中，鋅對(duì)稱電池的循環(huán)性能測(cè)試；c)有/無(wú)絲肽的硫酸鋅和硫酸錳電解液中，全電池的長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性測(cè)試；d)本工作在性能、經(jīng)濟(jì)效益等方面與已報(bào)道工作的對(duì)比

  近期，該研究成果以“Synergistic Solvation and Interface Regulations of Eco-Friendly Silk Peptide Additive Enabling Stable Aqueous Zinc-Ion Batteries”為題發(fā)表于學(xué)術(shù)期刊《Advanced Functional Materials》。論文第一作者為東華大學(xué)博士生王寶俊，共同通訊作者為李耀剛教授、李克睿研究員。該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、上海市科委和東華大學(xué)研究生創(chuàng)新基金的資助。

  論文全文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202112693