Molecularly modulating solvation structure and electrode interface enables dendrite-free zinc-ion batteries

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作者
Xiaoqin Li,Jian Xiang,Hai Liu,Pengfei Wang,Chao Chen,Taotao Gao,Yongqiang Guo,Dan Xiao,Zhaoyu Jin
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:654: 476-485 被引量:19
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2023.10.057
摘要

The performance of aqueous Zn ion batteries (AZIBs) is hindered by the uncontrollable growth of Zn dendrites and side reactions at the Zn anode/electrolyte interface. Here, we introduce low-cost glucosamine hydrochloride (GLA) into the ZnSO4 electrolyte system to modulate the Zn anode/electrolyte interface and the solvation structure of Zn2+, which leads to improved reversibility of Zn plating/striping. Through experimental and theoretical analyses, we demonstrate that GLA molecules could adsorp on the Zn metal surface to form a new interface with reduced active water, effectively suppressing water-induced side reactions. Moreover, after adding GLA, the flux of Zn2+ ions is regulated, the desolvation of the primary [Zn(H2O)6]2+ ions is promoted, and the Zn dendrite growth is significantly inhibited. Consequently, superior cyclic stability with a lower voltage hysteresis is simultaneously achieved in a Zn//Zn symmetric cell. When coupled with the Mn3O4 cathode, the fabricated Zn-Mn batteries with the modified ZnSO4 + GLA electrolyte system deliver boosted capacity, improved long-term cycling stability, and better self-discharge performance. This work provides insight into the development of high-efficient and low-cost electrolytes for high-performance Zn-based energy storage devices.
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