Orbital‐Hybridizable Nanoseed Interphase Enables One‐Minute Rechargeable, Energy‐Dense Anode‐Free Aqueous Zinc Batteries

材料科学 法拉第效率 成核 化学工程 水溶液 电流密度 相间 杂原子 石墨烯 电化学 氧化物 储能 纳米技术 双金属片 吸附 扩散 碳纤维 纳米颗粒 涂层 过电位 锂离子电池的纳米结构
作者
Won‐Yeong Kim,Ahyeon Son,Ohchan Kwon,Suseong Hyun,Sung Jun Hong,Hong-I Kim,Ju Yeon Kim,Hyunseo Kang,S K Kim,Xu Liu,Kyeong‐Seok Oh,Jee Ho Ha,Seok Ju Kang,Stefano Passerini,Byungchan Han,Dae Woo Kim,Sang‐Young Lee
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:: e73553-e73553
标识
DOI:10.1002/adma.73553
摘要

ABSTRACT Aqueous zinc (Zn) batteries are emerging as promising candidates for energy storage systems (ESS) and wearable electronics, but their practical application is hindered by low energy density and electrochemical instability at the Zn anode–electrolyte interface. Here, we report an orbital‐hybridizable nanoseed (OHNS) interphase composed of graphene oxide nanoribbons (GONRs) uniformly deposited on Cu current collectors via a scalable slot‐die coating process, enabling one‐minute‐rechargeable, energy‐dense anode‐free aqueous Zn batteries. The carbon edges (C‐edges) prevalent in the GONR facilitate orbital hybridization with Zn. This chemical interplay between the heteroatoms (C‐edge and Zn) enhances Zn nucleation kinetics and retards surface diffusion of adsorbed Zn, thereby promoting corrosion‐resistant, (002)‐oriented growth of Zn. Consequently, reversible Zn plating/stripping with high Coulombic efficiency (∼99.5%) was achieved even at a high current density of 120 mA cm −2 . Moreover, anode‐free full cells with the OHNS interphase delivered a maximum energy/power density of 140.6 Wh kg −1 /4138.1 W kg −1 . Notably, anode‐free pouch cells exhibited stable capacity retention of 82.2% after 800 cycles at a fast charge/discharge current density of 106C (equivalent to a time of 34 s).
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