Three-dimensional and nanoscale resolved hierarchical structure of electroplated zinc complex in aqueous zinc battery

材料科学 电镀 氢氧化锌 电池(电) 电化学 电解质 化学工程 纳米尺度 氢氧化物 外延 碱性电池 透射电子显微镜 超级电容器 晶体结构 电极 纳米技术 Crystal(编程语言) 无机化学 储能 纳米结构 上部结构 相间 腐蚀 水溶液 纳米孔 冶金
作者
Junyan Li,Xun Guan,J. Wang,Ge Zhang,John Holoubek,Yi Cui,Yuqi Li,Haoya Wang,Wah Chiu,Yi Cui
出处
期刊:National Science Review [Oxford University Press]
卷期号:13 (9): nwag114-nwag114
标识
DOI:10.1093/nsr/nwag114
摘要

ABSTRACT Aqueous zinc batteries offer safety and cost-effectiveness for grid-scale energy storage although the electrochemical and chemical corrosion of zinc in water results in complex Zn species and 3D morphology, ultimately degrading battery performance. Thus far, the atomic and nanoscale 3D structure of the electroplated Zn complex remains unclear. Here, by employing advanced transmission electron microscopy, particularly cryogenic electron tomography, we resolve the preserved 3D architecture of electroplated zinc. A hierarchical solid–electrolyte interphase (SEI) comprising two critical structures that could impact battery performance is delineated—an epitaxial ZnO nanolayer on a Zn nanoplate as the inner SEI and petal-like zinc hydroxide sulfate (ZHS) flakes emerging from the edges of a Zn–ZnO crystal as the extended SEI. We discovered three epitaxial conditions of ZnO on electrochemically plated Zn nanocrystals: (0001)ZnO ∥ (0001)Zn, (10$\overline{1}$0)ZnO ∥ (10$\overline{1}$0)Zn and (0001)ZnO ∥ (10$\overline{1}$0)Zn. This complex Zn–ZnO–ZHS structure implies a correlation between the zinc-crystal edges and the heterogeneous chemical environment, which can be correlated with the zinc-texture- dependent battery performance.
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