Low-temperature and high-rate Zn metal batteries enabled by mitigating Zn2+ concentration polarization

电解质 溶剂化 化学 金属 无机化学 极化(电化学) 电极 离子 化学工程 物理化学 有机化学 工程类
作者
Jiawei Wang,Qiaonan Zhu,Feng Li,Jiangchun Chen,Hao Yuan,Yanmei Li,Pengfei Hu,Mirtemir Kurbanov,Hua Wang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:433: 134589-134589 被引量:85
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.134589
摘要

Despite of the thriving development of rechargeable batteries, the realization of high-rate batteries at low temperature remains challenging. Herein, low-temperature and high-rate Zn metal batteries (ZMBs) are successfully developed by regulating electrolyte chemistry. Zn2+ concentration polarization is first revealed to be the kinetic restriction of nonaqueous high-rate ZMBs at low temperature. Furthermore, by using an acetonitrile/water co-solvent electrolyte, the Zn2+ solvation structure is modulated with effectively promoted ion pairs dissociation and decreased size of Zn2+ solvation shell, thus greatly promoting Zn2+ transport and mitigating Zn2+ concentration polarization. Consequently, stable cycling for over 500 h of Zn-Zn symmetric batteries at 5 mA cm−2 under − 40 °C or at 10 mA cm−2 under −20 °C is achieved. This superior kinetics and high cumulative cycling capacity reach a record level among the reported low-temperature ZMBs. Moreover, the high-rate V2O5-Zn full batteries under −40 °C also exhibit great prospect of practical application.
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