北理工《Angew》：仿生抗冻材料助力低温水系锌电池长期运行

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鉴于此，课题组从仿生抗冻材料出发，通过仿照抗冻蛋白在生物细胞冻存中修饰冰晶形貌，抑制冰再结晶的功能，制备了氧化氮化碳量子点（OQCNs）对冻结电解质进行修饰改性。实验结果表明，极少量的OQCNs（5 mg/mL）在三氟甲烷磺酸锌溶液中可以显著抑制冰生长。在-30℃下，经OQCNs改性后的锌锌对称电池在可以稳定运行超1000 h，Zn||NH ₄ ⁺ -V ₂ O ₅ 全电池可以稳定运行超5000圈（约90天）。计算模拟的相关结果也显示，OQCNs特征结构与冰晶表面尺寸匹配良好，利于其吸附在冰晶表面形成曲率，从而根据Gibbs-Thomson效应降低局部冰点，低温下可以显著抑制冰晶形成，拓宽液体区域以供锌离子传输。这一方法创新性地将放生抗冻蛋白的抑制结冰功能与低温冻结电解质结合，在维持高含水量的同时有效提升水系锌离子电池的循环寿命及充放电容量，为低温电解质的设计拓宽了思路。

图1抗冻蛋白（AFPs）的修饰冰晶形貌与抑制冰再结晶功能及其在细胞冻存中的应用，及氧化氮化碳量子点（OQCNs）对其功能的仿生及在水系锌离子电池中的应用示意图。

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