Tetrabutylammonium bromide incorporated hydrated deep eutectic solvents: Simultaneously addressing anode stability and cathode efficiency in zinc-bromine batteries

材料科学 共晶体系 阳极 法拉第效率 电解质 阴极 溴化物 卤化物 无机化学 溶解度 乙二醇 化学工程 冶金 有机化学 电极 微观结构 物理化学 化学 工程类
作者
Younjee Lim,Gunwoo Lee,Jae Hyung Kim,Joon Kyo Seo,Seung Joon Yoo
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:68: 103331-103331 被引量:25
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2024.103331
摘要

Stationary zinc–bromine batteries are promising next-generation energy solution. However, their commercialization has been challenged by the instability of Zn metal at the anode and the cross-diffusion of redox-active bromine at the cathode. In this work, we present a strategy to concurrently address the issues at both electrodes by utilizing a hydrated deep eutectic solvent (HDES) electrolyte incorporating tetrabutylammonium bromide (TBABr). TBABr plays a pivotal dual role: it stabilizes Zn metal by creating a protective layer at the anode and minimizes bromine cross-diffusion by forming solid complexes with Br3– species at the cathode. Given the challenge posed by the low solubility of TBABr for its effective utilization, we systematically fine-tuned the HDES composition by adjusting the Zn-to-halide ratio, varying the water content, and incorporating ethylene glycol. This electrolyte enables the Zn anode to cycle for 3300 h at 0.5 mA/cm2 and 0.5 mAh/cm2 in a symmetric pouch-cell setup. In a full-cell configuration, the cell exhibited a record-high specific capacity of 297 mAh/g while maintaining stability over 11,500 cycles with 99.9 % coulombic efficiency.
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