Hierarchical Interface Enabled by a Guest‐Anionic Chemistry for High‐Rate Aqueous Zinc‐ion Batteries

电解质 阳极 化学 水溶液 电导率 化学工程 离子电导率 扩散 离子 无定形固体 无机化学 电极 物理化学 有机化学 热力学 物理 工程类
作者
Guangmeng Qu,Yongzheng Zhao,Chuanlin Li,Yanjun Zhai,Yueyue Kong,Xiyu He,Lingtong Kong,Chang Wang,Ming Chen,Kepeng Song,Zhuoxin Liu,Liqiang Xu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (14): e202422036-e202422036 被引量:19
标识
DOI:10.1002/anie.202422036
摘要

Abstract The poor reversibility of the zinc anode caused by interfacial side reactions and dendritic growth poses significant constraints on the practical application of aqueous zinc‐ion batteries. Herein, a co‐solute, acesulfame potassium, with strongly polar, zincophilic guest anions is introduced into a conventional low‐concentration aqueous electrolyte. This regulation enhances the electrolyte‘s ionic conductivity and accelerates the desolvation process of zinc ions at the electrode/electrolyte interface. Furthermore, the introduced acesulfame anions give rise to the formation of a stable solid electrolyte interface with a hierarchical crystalline‐amorphous bilayer structure that effectively suppresses side reactions and allows for uniform zinc ion diffusion‐deposition. Results show that the zinc anode in the designed electrolyte possesses remarkable reversibility, achieving stable operation under a ultrahigh current density of 40 mA cm −2 and 67.6 % depth of discharge, surpassing most previous reports. Zn//I 2 full cells assembled with this electrolyte exhibit high rate capability (135.0 mAh g −1 at 20 A g −1 ) and remarkable lifespan (96.3 % capacity retention after 40,000 cycles at 10 A g −1 ). A large‐sized Zn//I 2 pouch cell is also demonstrated, delivering a total capacity of 170 mAh with 78.8 % capacity retention after 600 cycles at 3.3 mA cm −2 , highlighting the potential of the guest‐anionic chemistry in practical applications.
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