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:41
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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