缬氨霉素在电池材料中的应用

缬氨霉素是一种脂溶性抗菌素，也是离子载体，与K+具有特异的亲和力，可结合钾离子，并容易地把钾离子带入膜内，产生膜的极化，在膜两边产生膜电位。常用于生物医药领域，研究发现缬氨霉素可作为杀虫剂或植物生长调节剂，微生物代谢物的潜在药物。本文将介绍缬氨霉素在电池材料领域的用途，它可以作为太阳能电池的钝化层材料，以及离子电极负极的涂层。

钝化层材料

由于钙钛矿太阳电池制备过程中涉及高温退火和快速结晶过程，以及钙钛矿活性层中的有机组分容易挥发的特性，钙钛矿太阳电池的钙钛矿活性层的缺陷主要集中在上界面。现有的上界面钝化层材料大多只包含单一的官能团，且钝化层材料本身的稳定性欠佳，导致钙钛矿太阳电池转换效率提升效果较差且不能够提供有效且长期的钝化效果。目标在于克服现有技术中钝化材料对钙钛矿太阳电池转换效率提升效果较差且钝化耐久性差的缺陷。

为了解决上述问题，专利 CN116916669A 公开了缬氨霉素在钙钛矿太阳电池的钙钛矿活性层钝化中的应用。缬氨霉素具有丰富的功能基团，可以通过多齿配体(-C＝O和-O-)和钙钛矿活性层中未配位的B位金属阳离子配位钝化正电荷缺陷，缬氨霉素中的-NH-可以和卤素阴离子形成氢键钝化负电荷缺陷，可以同时钝化两种不同的电荷缺陷，实现更好的钝化效果。此外，其分子为环状结构，两个或两个以上的分子可以通过氢键的相互作用自发形成复杂的有组织的聚集体，即形成超分子材料，更有利于形成分子间的堆叠，进而有利于电荷的传输，且缬氨霉素可以形成分子间氢键，具有良好的化学稳定性，可以提升钝化效果的耐久性，从而同时提高钙钛矿太阳电池的开路电压和填充因子来获得高效与稳定的钙钛矿太阳电池。

负极涂层

水系锌离子电池作为一类直接使用金属锌作为负极的二次电池，具有安全性高、成本低、能量密度高、储量丰富、环境友好等优势，因此得到人们的广泛关注。但是，金属锌负极目前仍存在诸多问题，如锌枝晶不可控生长、析氢、腐蚀与钝化等界面竞争性副反应。枝晶生长会加剧界面副反应致使锌负极表面腐蚀钝化严重，库伦效率显著降低，从而引发电池内部短路带来安全隐患。同时竞争性副反应会导致界面处锌离子的不均匀分布，进而恶化枝晶的不可控生长。如何在确保电池性能的前提下，抑制金属锌负极枝晶生长和界面副反应是目前亟需解决的技术问题。

专利 CN117080355A 提供一种具有缬氨霉素涂层的锌负极及其制备方法和应用。将缬氨霉素溶液滴涂于金属锌表面，然后通过真空烘干实现液态向固相的快速转化，进而制得具有缬氨霉素涂层的金属锌复合负极。该涂层的主要成分缬氨霉素分子具有环状结构和大量极性官能团，有利于调控电极表面的锌离子通量，抑制锌枝晶生长，还能促进锌离子的去溶剂化过程，降低初始成核能垒。此外，缬氨霉素涂层还可以物理阻止锌负极和电解液的直接接触，避免电解液中水分子对金属锌的侵蚀和抑制溶剂鞘层内水分子的去质子化过程，从而有效电解液/负极界面等竞争副反应，进而提高锌负极的可逆性和稳定性。

此方法使用的缬氨霉素涂层具有用量少、效果显著等优点，且涂层制备工艺简单、可操作性强、原材料易得，适宜于大规模制备，有助于开发性能优异、绿色安全的可充水系锌离子电池，具有良好的应用前景。