近日，福建农林大学材料工程学院袁占辉教授团队在国际权威期刊《Angew. Chem. Int. Edit.》（中科院一区TOP，影响因子：16.9）在线发表了题为“Biomass-Derived Ion-Selective Binder Modulates Zn²⁺ Solvation Enabling High-Capacity Cathodes in Aqueous Zinc Batteries”的研究论文。福建农林大学为论文第一完成与通讯单位，材料工程学院郑加贤博士为第一作者，袁占辉教授、林祥丰副教授、内蒙古农业大学张超群教授、东华大学刘书德研究员为共同通讯作者。

二次水系金属电池因其安全、低成本和环境友好引起了广泛的关注。聚偏氟乙烯（PVDF）是水系电池正极材料制备过程的常用粘结剂。然而，PVDF依靠弱范德华力来粘合活性材料和集流体，导致其在循环过程中结构稳定性不足。其次，在水系电解质环境中，PVDF的疏水性阻碍了电解液的有效渗透以及与正极材料的接触，降低了正极活性材料的利用率和电池容量。此外，PVDF粘结剂加工过程需要使用有机溶剂（N-甲基吡咯烷酮），这给水系电池正极制备的成本、安全性和环保性带来了额外的挑战。因此，粘结剂对于水系电池的性能和加工成本有重要的影响。

本研究提出了一种源自海洋的亲水ι-卡拉胶（CAG）粘结剂，它能够模拟生物细胞离子通道的功能，实现选择性离子配位和动态溶剂化结构调控。通过建立双离子选择性配位位点，CAG的亲锌-OSO₃^-基团和亲水性-OH基团分别形成Zn²⁺-OSO₃^-和H₂O-OH相互作用，降低Zn²⁺的脱溶能垒，促进水合离子脱溶过程，构筑富Zn²⁺界面。因此，采用CAG@Mn_0.15V₂O₅·nH₂O正极的电池在0.6 A g^-1的电流密度下实现了 421 mAh g^-1的超高容量，相比基于PVDF粘结剂的电池（239 mAh g^-1）高出 76%。这种可在水溶剂中加工的粘合剂在各种正极材料（如 MnO₂、V₂O₅和有机正极材料）上均表现出优异的普适性，为高性能二次水系金属电池电极的制备提供了一种绿色、安全和低成本的粘结剂。本研究确立了一种仿生粘合剂设计范式，其中双配位结构模拟了生物细胞离子传输机制，实现了对Zn²⁺溶剂化结构和离子输运的精确调控。

论文链接：

Biomass-Derived Ion-Selective Binder Modulates Zn²⁺ Solvation Enabling High-Capacity Cathodes in Aqueous Zinc Batteries

Jiaxian Zheng, Yangyi Zhao, Abdullahi Bello Umar, Xiangfeng Lin,* Chaoqun Zhang, *

Xinxiang Zhang, Yusuke Asakura, Shude Liu,* Yusuke Yamauchi, and Zhanhui Yuan*

doi.org/10.1002/anie.202525803