A Biomimetic Polymer-Based Composite Coating Inhibits Zinc Dendrite Growth for High-Performance Zinc-Ion Batteries

材料科学 涂层 化学工程 复合数 水溶液 腐蚀 法拉第效率 聚合物 纳米纤维 阳极 复合材料 冶金 电极 有机化学 物理化学 工程类 化学
作者
Xu Liu,Qingxin Ma,Jiahui Wang,Qigang Han,Chunguo Liu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (8): 10384-10393 被引量:11
标识
DOI:10.1021/acsami.1c23422
摘要

Because of their low cost, safety, and green nature, aqueous Zn-ion batteries are promising candidates for energy storage. However, the appearance of Zn dendrites, hydrogen evolution reaction (HER), and corrosion limit the development of the aqueous Zn-ion batteries. Here, inspired by fibrous cartilage, a biomimetic poly(vinylidene fluoride) (PVDF)-based composite polymer coating layer, including aramid nanofiber (ANF) and zinc trifluoromethanesulfonate [Zn(CF3SO3)2], called ANFZ, was designed and fabricated. The high ionic conductivity (3.84 mS cm-1) of the flexible PVDF matrix, optimized by Zn(CF3SO3)2, combined with the highly mechanical ANF network can effectively guide the rate of Zn stripping/plating, homogenize the Zn2+ distribution, and suppress the dendrites. In addition, the high Coulombic efficiency is obtained due to the suppression of HER and corrosion by the biomimetic coating layer. Symmetric ANFZ@Zn//ANFZ@Zn can steadily work over 1000 h at 1 mA cm-2 with a high degree of reversibility, which is greater than that of bare Zn//bare Zn. Furthermore, the ANFZ@Zn//MVO batteries show a high specific capacity (400.2 mAh g-1, 0.1 A g-1) and a long cycle life. This work presents a novel method combined with bionics for designing and assembling Zn anodes without dendrites for zinc-ion batteries.
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