Electron Island Effect: Cross‐Layer Embedded Quantum Dot Heterostructures Toward Ultrahigh‐Energy‐Density Alkaline Aqueous Battery

材料科学 量子点 异质结 阴极 电池(电) 水溶液 氢氧化物 储能 电极 光电子学 电子 纳米技术 扩散 离子 氧化还原 化学工程 带隙 电化学 蚀刻(微加工) 吸附 电子转移 碱性电池 半导体 功率密度 解吸 化学物理 降级(电信)
作者
Yuying Zhao,Fengming Zhou,Ruihan Gao,Wenfeng Jiao,Zexing Wu,Jingqi Chi,Qi Zhang,Zhi Su,Zhenyu Xiao,Lei Wang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202519910
摘要

Abstract Alkaline aqueous battery offer exceptional safety and cost advantages for grid‐scale/portable energy storage, yet their commercialization is hindered by cathode materials with limited ion diffusion and sluggish redox kinetics. We report a Co 9 S 8 quantum dots (QDs) strong coupled layered double hydroxide (Co 9 S 8 ‐QDs/LDH) with abundant hetero‐interface is reported by the electrochemically‐driven in situ etching strategy to unseal their theoretical capacity. The “electron island” effect of Co 9 S 8 ‐QDs achieve electrons transferred up to 2.74 e from LDH matrix, which further driven the fast adsorption and electron transfer of OH − anion. Meanwhile, the abundant hetero‐interface with defect sites can breakthrough the intrinsic 2D diffusion limitation of common LDH and dramatically promote the structural stability with the formation energy 4 time than surface bonding model. Therefore, the optimized electrode material Co 9 S 8 ‐QDs/LDH delivers a specific capacity of 14 610 mF cm −2 (483.13 mAh g −1 ) at 2 mA cm −2 , and remarkable cycling stability of remaining 95% initial value after 9500 cycles. Furthermore, the as‐fabricated Co 9 S 8 ‐QDs/LDH//rGO‐Zn alkaline aqueous battery device shows an ultra‐high energy density of 12.4 mWh cm −2 at a power density of 3.3 mW cm −2 . The “electron island” effect and interface engineering would unlock the full potential of heterojunction architectures for advanced energy storage applications.
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