High‐Performance Zinc Anode Enabled by Zincophilic and Hydrophobic ZnO@Nitrogen‐Doped Carbon/MXene Interface

碳纤维 材料科学 阳极 氮气 兴奋剂 化学工程 光电子学 化学 冶金 复合材料 电极 复合数 物理化学 有机化学 工程类
作者
Yue Wang,Qizhen Zhu,Yanze Li,Yuan Ju,Yong Yang,Bin Xu
出处
期刊:Batteries & supercaps [Wiley]
被引量:1
标识
DOI:10.1002/batt.202400309
摘要

Abstract Aqueous zinc‐ion batteries (AZIBs) are one of the most promising systems for large‐scale energy storage, but their zinc metal anodes suffer from unsatisfactory stability and reversibility due to the uncontrollable Zn dendrite growth and undesirable side reactions. Herein, a ZnO‐anchored nitrogen‐doped carbon/Ti 3 C 2 T x MXene composite (ZnO@NC/MXene) is developed as a protective layer onto the zinc anode, which establishes a zincophilic and hydrophobic interface. In the ZnO@NC/MXene layer, the nitrogen sites efficiently enhances the adsorption of Zn 2+ , the ZnO provides homogenous nucleation sites for Zn 2+ deposition, and the highly conductive MXene ensures even electric field distribution, synergistically inhibiting the zinc dendrites. Additionally, the hydrophobic ZnO@NC/MXene layer suppresses side reactions by limiting contact between the Zn anode and active water. Therefore, the Zn electrode modified by the ZnO@NC/MXene layer shows remarkable stability with a cycle life of over 2600 h in Zn||Zn symmetric cell and outstanding reversibility with an average coulombic efficiency of 99.37 % for over 1000 cycles in Zn||Cu asymmetric cell. Coupled with V 2 O 5 cathode, the full cell reveals excellent cycle stability of exceeding 1000 cycles at 4 A g −1 . These results indicate the potential of the zincophilic and hydrophobic ZnO@NC/MXene as a promising interface layer for protecting Zn anode in AZIBs.
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