Single-Ion Conducting Double-Network Hydrogel Electrolytes for Long Cycling Zinc-Ion Batteries

材料科学 阳极 电解质 离子电导率 钝化 电导率 离子 化学工程 锌 纳米技术 电极 冶金 图层(电子) 物理化学 工程类 化学 有机化学
作者
Cheuk Ying Chan,Ziqi Wang,Yangling Li,Hui Yu,Bin Fei,John H. Xin
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (26): 30594-30602 被引量:129
标识
DOI:10.1021/acsami.1c05941
摘要

As one of the promising alternatives of lithium-ion batteries, zinc-ion batteries (ZIBs) have received growing interest from researchers due to their good safety, eco-friendliness, and low cost. Nevertheless, aqueous ZIBs are still a step away from practical applications due to the nonuniform deposition of Zn and parasitic side reactions, which cause capacity fading and even short circuit. To tackle these problems, here we introduce a single-Zn-ion conducting hydrogel electrolyte (SIHE), P(ICZn-AAm), synthesized with iota carrageenan (IC) and acrylamide (AAm). The SIHE manifests single Zn2+ conductivity via the abundant sulfates fixed on the IC polymer backbone, delivering a high Zn2+ transference number of 0.93. It also exhibits outstanding ionic conductivity of 2.15 × 10–3 S cm–1 at room temperature. The enhanced compatibility at the electrode–electrolyte interface was verified by the stable Zn striping/plating performance along with a homogenous and smooth Zn deposition layer. It is also found that the passivation of the Zn anode can be effectively prohibited due to the lack of free anions in the electrolyte. The practical performance of the SIHE is further investigated with Zn–V2O5 batteries, which showed a stable capacity of 271.6 mA h g–1 over 150 cycles at 2 C and 127.5 mA h g–1 over 500 cycles at 5 C.
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