Proton-Dominated Reversible Aqueous Zinc Batteries with an Ultraflat Long Discharge Plateau

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作者
Yuanhe Sun,Zhaofeng Lian,Zhiguo Ren,Zeying Yao,Yaru Yin,Ping Huai,Fangyuan Zhu,Yaobo Huang,Wen Wen,Xiaolong Li,Renzhong Tai,Daming Zhu
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:15 (9): 14766-14775 被引量:55
标识
DOI:10.1021/acsnano.1c04636
摘要

Aqueous zinc batteries (AZBs) are considered promising candidates for large-scale energy storage systems because of their low cost and high safety. However, currently developed AZB cathodes always suffer from the intense charge repulsion of multivalent-ion and complex multiphase electrochemistry, resulting in an insufficient cycling life and impracticable high-sloping discharge profile. Herein, we found that the synthesized ultrathin Bi2O2Se nanosheets can effectively activate stable protons storage in AZBs rather than large zinc ions. This proton-dominated cathode provides an ultraflat discharge plateau (72% capacity proportion) and exhibits long-term cyclability as 90.64% capacity retention after 2300 cycles at 1 A g–1. Further in situ synchrotron X-ray diffraction, ex situ X-ray photoelectronic spectroscopy, and density functional theory confirm the energy storage mechanism regarding the highly reversible proton insertion/extraction process. Benefiting from the proton-dominated fast dynamics, reliable energy supply (>81.5% discharge plateau capacity proportion) is demonstrated at a high rate of up to 10 A g–1 and in the frozen electrolyte below −15 °C. This work provides a potential design of high-performance electrode materials for AZBs.
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