High-Entropy Multiple-Anion Aqueous Electrolytes for Long-Life Zn-Metal Anodes

水溶液 电解质 无机化学 材料科学 离子 阳极 金属 电化学 化学 冶金 物理化学 电极 有机化学
作者
Shisheng Hou,Jie Luo,Wenbin Gong,Yucheng Xie,Xuhui Zhou,Fan Yue,Jiaxin Shen,Chen Li,Lei Wei,Feng Xu,Qichong Zhang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (45): 31524-31536 被引量:34
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c12660
摘要

Aqueous zinc-ion batteries (AZIBs) hold great promise for large-scale energy storage applications, however, their practical use is significantly hindered by issues such as zinc dendrite growth and hydrogen evolution. To address these challenges, we propose a high-entropy (HE) electrolyte design strategy that incorporates multiple zinc salts, aimed at enhancing ion kinetics and improving the electrochemical stability of the electrolyte. The interactions between multiple anions and Zn 2+ increase the complexity of the solvation structure, resulting in smaller ion clusters while maintaining weakly anion-rich solvation structures. This leads to improved ion mobility and the formation of robust interphase layers on the electrode–electrolyte interface. Moreover, the HE electrolyte effectively suppresses hydrogen evolution and corrosion side reactions while facilitating uniform and reversible Zn plating/stripping processes. Impressively, the optimized electrolyte enables dendrite-free Zn plating/stripping for over 3000 h in symmetric cells and achieves a high Coulombic efficiency of 99.5% at 10 mA cm –2 in asymmetric cells. Inspiringly, full cells paired with Ca-VO 2 cathodes demonstrate excellent performance, retaining 81.5% of the initial capacity over 1800 cycles at 5 A g –1 . These significant findings highlight the potential of this electrolyte design strategy to improve the performance and lifespan of Zn-metal anodes in AZIBs.
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