Influence of MXene-assisted multifunctional interface on zinc deposition toward highly reversible dendrite-free zinc anodes

阳极 材料科学 法拉第效率 化学工程 枝晶(数学) 电解质 水溶液 电化学 金属 电极 纳米技术 无机化学 冶金 化学 有机化学 物理化学 工程类 数学 几何学
作者
Tian Wang,Kai Yao,Kang Li,Jae Su Yu
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:62: 102921-102921 被引量:35
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2023.102921
摘要

The ever-growing demand for safe and renewable energy storage systems has driven the renaissance of aqueous zinc (Zn)-metal batteries (ZMBs). Zn metal has the characteristics of high specific capacity, low cost, environmental friendliness, and intrinsic safety, but severe side reactions and Zn dendrite growth lead to low Coulombic efficiency and short cycle life of Zn metal anode, which restricts the commercial development of rechargeable aqueous ZMBs. Herein, a Ti3C2Tx MXene-derived ZnF2-rich multifunctional interfacial layer is prepared. In this architecture, the as-formed ZnF2-rich layer can redistribute Zn-ion flux on the electrode/electrolyte surface and suppress side reactions. Meanwhile, the results indicate that the ZnF2 can lower the desolvation energy barrier of Zn ions and enhance the Zn-ion transfer kinetics. Accordingly, the Zn@MXene anode delivers a long cycle life over 800 h at the current density of 5.0 mA cm−2 with a capacity of 5.0 mAh cm−2. Surprisingly, the Zn@MXene anode can still achieve dendrite-free Zn deposition for more than 320 h even at the current density of 10.0 mA cm−2 with a capacity of 10.0 mAh cm−2. Additionally, the assembled Zn@MXene//VO2 full-cell exhibits better cycling stability and more excellent rate performance compared to the pristine Zn//VO2 full-cell, implying the potential of this idea to develop high-power rechargeable aqueous Zn-ion batteries.
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