Revealing the Triangular Entanglement of Hydrogen Bond Network via Kosmotropic Effect for Durable Aqueous Zinc‐Ion Batteries

电解质 分子 材料科学 位阻效应 溶剂化 氢键 水溶液 化学工程 无机化学 物理化学 电极 有机化学 化学 工程类 冶金
作者
Chang Liu,Dan Xie,Fang‐Yu Tao,Wan‐Yue Diao,Hong Yu,Godefroid Gahungu,Wenliang Li,Xing‐Long Wu,Jingping Zhang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:35 (26) 被引量:17
标识
DOI:10.1002/adfm.202422628
摘要

Abstract Regulating the H‐bond network between H 2 O molecules has been regarded as an effective strategy to reconfigure the chemical environment at the electrode/electrolyte interface (EEI), but the intrinsic relationship between hydrogen‐bond (H‐bond) network, solvation structure, and EEI in electrolyte remains unclear. To this end, three additives with the same carbon skeleton but different hydroxyl functional groups are chosen to unlock their triangular relationship. Experimental and theoretical calculations demonstrate that 2‐methyl‐1,3‐propanediol (MP) molecules bearing their strong kosmotropic effect and modest steric‐hindrance effect not only form a strong and stable H‐bonds network by breaking the original H‐bond network of electrolyte but also reconstruct the solvation structure of Zn 2+ , predominantly inhibiting the H 2 O‐triggered side reactions. Meanwhile, the synergistic effect of the hydroxyl functional groups in the same direction on the MP molecules ensures stable adsorption at EEI, promoting uniform Zn 2+ diffusion and deposition. Consequently, the assembled Zn||Zn symmetric cell provides 3000 h of cycle life (0.5 mA cm −2 , 0.5 mAh cm −2 ) in the ZnSO 4 +MP electrolyte, and Zn||Cu asymmetric cell maintains a high CE of 99.41% after 1000 cycles at 1 mA cm −2 , 1 mAh cm −2 . The full cell with ZnSO 4 +MP electrolyte exhibits excellent rate capability and satisfactory discharge‐specific capacity.
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