Mixed cellulose ester membrane as an ion redistributor to stabilize zinc anode in aqueous zinc ion batteries

分离器(采油) 水溶液 阳极 化学工程 离子 化学 无机化学 扩散 材料科学 有机化学 电极 生物化学 热力学 物理化学 物理 工程类
作者
Yan-Yun Sun,Lei Yan,Qi Zhang,Tian-Bo Wang,You-Cheng Zha,Lei Fan,Han-Feng Jiang
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:641: 610-618 被引量:50
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2023.03.079
摘要

Aqueous zinc-ion batteries (AZBs) with high energy density, low cost and environmental characteristics, have become the promising device for energy storage. However, uncontrolled zinc dendrite growth remains an impediment to the popularization of AZBs. The unrestricted two-dimensional (2D) ions diffusion is the main cause of the above defect. In this work, mixed cellulose ester (MCE) membrane is proposed as the separator. A dense homogeneous pore structure can achieve a physical shunting effect on ion diffusion, which can control and homogenize the ion motion. Further, the mechanism of this physical pore effect is confirmed by comparing the behavior of Zn deposition in MCE systems with different pore sizes but the same composition. As conjectured, a membrane with a smaller pore size is more favorable. In addition, the MCE contains many polar oxygen-containing functional groups that can facilitate and modulate ion diffusion through coordination. This chemical ion guiding effect, together with the above physical pore effect, gives the separator the ability to suppress dendrite formation. Zn/Zn symmetric cells with this membrane exhibit ultralong cycle life exceeding 1250 h at 0.5 mA cm-2 and 1000 h at 5 mA cm-2. And the Zn//MnO2 battery presents excellent cycle stability for more than 500 cycles with a capacity retention of 90.67%. This work proposes MCE separators and reveals their coordinated regulation of physical and chemical effects on metal-based anodes. This will shed light on the development of high-performance separators and AZBs.
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