Function‐Oriented Modular Molecular Design of a Chitin‐Derived Self‐Healable Binder for Promising Zinc Powder Anodes

材料科学 法拉第效率 阳极 超分子化学 电极 韧性 相容性(地球化学) 箔法 模块化设计 纳米技术 化学工程 聚合物 氢键 沉积(地质) 超分子聚合物 超分子组装 电导率 复合数 纳米复合材料 离子键合 丙烯酰胺 离子电导率 材料设计 复合材料 离子液体 离子强度
作者
Xuanyu Zeng,Zhiqiang Wang,Le Yu,Jingyi Huang,Sijun Wang,Zhaohui Wang,Chaoji Chen
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:38 (14): e19775-e19775 被引量:1
标识
DOI:10.1002/adma.202519775
摘要

ABSTRACT Replacing zinc foil with Zn micropowders (ZnMPs) enhances manufacturing compatibility for Zn‐metal batteries but imposes challenges like uncontrolled Zn deposition and accelerated structural degradation, typically resulting in a short cycle life of < 50 cycles. Herein, we synthesize a multifunctional bottle‐brush polycationic binder based on naturally abundant and mechanically robust chitin, which enables exceptional long‐term Zn plating/stripping reversibility, averaging 99.5% Coulombic efficiency over 300 cycles. The design rationales are experimentally validated as follows: diverse functional groups integrated onto the chitin backbone provide multiple supramolecular interactions ensuring ZnMP electrodes’ spatial uniformity and structural robustness; Zn 2+ ‐carboxylate coordination simultaneously enhances the binder's mechanical strength (~1.2 MPa), toughness (~8.6 MJ m −3 ) and ionic conductivity (an 87% increase, reaching 1.72 × 10 −5 S cm − 1 ) upon swelling; while synergistic dynamic electrostatic interactions and hydrogen bonding permit rapid self‐recovery of the electrodes during cycling. This work underscores the promise of supramolecular engineering for binders targeting aggressive electrode chemistries.
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