High Energy, Long Cycle, and Superior Low Temperature Performance Aqueous Na–Zn Hybrid Batteries Enabled by a Low-Cost and Protective Interphase Film-Forming Electrolyte

电解质 材料科学 相间 水溶液 低能 化学工程 储能 复合材料 纳米技术 电极 化学 热力学 有机化学 遗传学 生物 物理 工程类 物理化学 功率(物理) 原子物理学
作者
Si Liu,Lei Tong,Qianqian Song,Jian Zhu,Changbao Zhu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (9): 11425-11434 被引量:32
标识
DOI:10.1021/acsami.1c23806
摘要

A hybrid aqueous Na-Zn ion battery derived from the Na3V2(PO4)3 cathode is one of the most promising systems among aqueous batteries because it exhibits higher energy density than a pure Zn ion battery due to different ion intercalation mechanisms related to various electrolytes. However, it is more difficult to improve the electrochemical performance of the hybrid aqueous Na-Zn ion battery versus Zn ion battery. In addition, searching for suitable protective interphase film-forming electrolyte additives in order to increase cycling stability and developing a new electrolyte recipe to improve the low temperature performance are significant and still big challenges for the hybrid aqueous Na-Zn battery. Herein, the introduction of protective interphase film-forming additives (VC), an economical 10 M NaClO4-0.17 M Zn(CH3COO)2-2 wt % VC electrolyte, was proposed. Based on such an electrolyte, the carbon-coated single crystalline Na3V2(PO4)3 nanofiber//Zn aqueous Na-Zn hybrid battery involving high energy, long cycle, and outstanding low temperature performance was successfully obtained. For example, it delivered a remarkable output voltage of 1.48 V and excellent cycle stability (retained 84% after 1000 cycles). The capacities were 94.4 mA h/g at 0.2 A/g at -10 °C and 90.0 mA h/g at 0.2 A/g at -20 °C, respectively.
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