Zincophilic 3D ZnOHF nanowire arrays with ordered and continuous Zn2+ Ion modulation layer enable long-term stable Zn metal anodes

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作者
Zhenghui Pan,Qinghe Cao,Wenbin Gong,Jie Yang,Yong Gao,Yulin Gao,Jie Pu,Jianguo Sun,Xian Jun Loh,Zhaolin Liu,Cao Guan,John Wang
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:50: 435-443 被引量:64
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2022.04.006
摘要

Metallic Zn anode is a key component for aqueous rechargeable Zn-ion batteries (ZIBs) owing to its high theoretical capacity, low cost, and excellent safety. However, the practical applications remain impeded by dendritic growth and side reactions occurring at the Zn anode surface. Herein, a 3D ZnOHF nanowire array interface is for the first time in-situ built on Zn foil (ZnOHF [email protected]) through a hydrothermal method, and then used as an ordered and continuous Zn2+ ion modulation layer to guide the reversible and long-cycling Zn plating/stripping processes. As demonstrated by our density functional theory (DFT) calculations, the ZnOHF shows the desired superior zincophilic properties compared to pure Zn, enabling a low Zn nucleation energy and a fast Zn2+ ion diffusion. Moreover, the 3D ZnOHF NW architecture homogenizes the electric field distribution, thus modifying the subsequent Zn deposition process. Consequently, the thus-obtained ZnOHF [email protected] anode demonstrates a low Zn nucleation overpotential (87.8 at 5 mA cm−2), high Zn storage capacity (72.8 mAh cm−2) and excellent coulombic efficiency (exceeding 98.8%). The effectiveness of the ZnOHF [email protected] anode is also demonstrated through ZnOHF [email protected]//ZnOHF [email protected] symmetrical cell and MnO2@CC//ZnOHF [email protected] ZIB full cell, both with outstanding cycle stability.
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