An Ion‐Sieving Janus Separator toward Planar Electrodeposition for Deeply Rechargeable Zn‐Metal Anodes

分离器(采油) 材料科学 杰纳斯 阳极 化学工程 金属 水溶液 涂层 石墨烯 纳米技术 电极 冶金 有机化学 化学 物理化学 工程类 物理 热力学
作者
Xiaotan Zhang,Jiangxu Li,Kaiwen Qi,Yongqiang Yang,Dongyan Liu,Tianqi Wang,Shuquan Liang,Bingan Lu,Yongchun Zhu,Jiang Zhou
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (38) 被引量:184
标识
DOI:10.1002/adma.202205175
摘要

The irregular and random electrodeposition of zinc has emerged as a non-negligible barrier for deeply rechargeable aqueous zinc (Zn)-ion batteries (AZIBs), yet traditional texture regulation of the Zn substrate cannot continuously induce uniform Zn deposition. Here, a Janus separator is constructed via parallelly grown graphene sheets modified with sulfonic cellulose on one side of the commercial glass fiber separator through the spin-coating technique. The Janus separator can consistently regulate Zn growth toward a locked crystallographic orientation of Zn(002) texture to intercept dendrites. Furthermore, the separator can spontaneously repel SO42- and anchor H+ while allowing effective transport of Zn2+ to alleviate side reactions. Accordingly, the Zn symmetric cell harvests a long-term lifespan over 1400 h at 10 mA cm-2 /10 mAh cm-2 and endures stable cycling over 220 h even at a high depth of discharge (DOD) of 56%. The Zn/carbon nanotube (CNT)-MnO2 cell achieves an outstanding capacity retention of 95% at 1 A g-1 after 1900 cycles. Furthermore, the Zn/NH4 V4 O10 pouch cell with a Janus separator delivers an initial capacity of 178 mAh g-1 and a high capacity retention of 87.4% after 260 cycles. This work provides a continuous regulation approach to achieve crystallographic homogeneity of the Zn anode, which can be suitable for other metal batteries.
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