Co‐Regulating Solvation Structure and Hydrogen Bond Network via Bio‐Inspired Additive for Highly Reversible Zinc Anode

阳极 氢键 化学工程 溶剂化 电偶阳极 材料科学 化学 无机化学 分子 阴极保护 有机化学 物理化学 电极 工程类
作者
Sida Zhang,Qianzhi Gou,Weigen Chen,Haoran Luo,Ruduan Yuan,Kaixin Wang,Kaida Hu,Ziyi Wang,Changding Wang,Ruiqi Liu,Zhixian Zhang,Lei Yu,Yujie Zheng,Lei Wang,Fu Wan,Baoyu Li,Meng Li
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:11 (35): e2404968-e2404968 被引量:78
标识
DOI:10.1002/advs.202404968
摘要

Abstract The feasibility of aqueous zinc‐ion batteries for large‐scale energy storage is hindered by the inherent challenges of Zn anode. Drawing inspiration from cellular mechanisms governing metal ion and nutrient transport, erythritol is introduced, a zincophilic additive, into the ZnSO 4 electrolyte. This innovation stabilizes the Zn anode via chelation interactions between polysaccharides and Zn 2+ . Experimental tests in conjunction with theoretical calculation results verified that the erythritol additive can simultaneously regulate the solvation structure of hydrated Zn 2+ and reconstruct the hydrogen bond network within the solution environment. Additionally, erythritol molecules preferentially adsorb onto the Zn anode, forming a dynamic protective layer. These modifications significantly mitigate undesirable side reactions, thus enhancing the Zn 2+ transport and deposition behavior. Consequently, there is a notable increase in cumulative capacity, reaching 6000 mA h cm⁻ 2 at a current density of 5 mA cm −2 . Specifically, a high average coulombic efficiency of 99.72% and long cycling stability of >500 cycles are obtained at 2 mA cm −2 and 1 mA h cm −2 . Furthermore, full batteries comprised of MnO 2 cathode and Zn anode in an erythritol‐containing electrolyte deliver superior capacity retention. This work provides a strategy to promote the performance of Zn anodes toward practical applications.
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