Interface engineering with zincophilic MXene for regulated deposition of dendrite-free Zn metal anode

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作者
Xiaodong Zhu,Xuanyang Li,Melchizedek Lord Kwesi Essandoh,Jian Tan,Ziyi Cao,Xiang Zhang,Pei Dong,Pulickel M. Ajayan,Mingxin Ye,Jianfeng Shen
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:50: 243-251 被引量:120
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2022.05.022
摘要

Dendrite growth and side reactions on zinc anodes have been the main problems hindering the commercialization of aqueous zinc-ion batteries (ZIBs). The construction of an interface protective layer (IPL) has proved to be one of the effective ways to improve the stability of zinc anodes, but it remains a challenge to achieve multi-functionality. Herein, tetramethylammonium-intercalated Ti3C2Tx MXene (MX-TMA) coating with a low zinc nucleation barrier was in-situ constructed on the surface of zinc foil by a facile self-assembly method. It provides the IPL with abundant zincophilic sites and better hydrophilicity, which promotes the transport of Zn2+ for uniform electrodeposition and inhibits interface side reactions. Moreover, the directional deposition of zinc on the beneficial (002) plane guided by MX-TMA is further revealed. As a result, the lifespan of the zinc electrode under 2 mA cm–2 is prolonged by 3600 h. Even under deep discharge (DODZn≈85%), the MX-TMA@Zn anode can still achieve stable cycles for more than 450 h. Furthermore, the full battery assembled with the Mn-based cathode also demonstrated superior performance. This work provides an in-depth mechanism analysis and inspiration for IPL design, thus advancing the development and practical application of ZIBs.
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