Building Ultra-Stable and Low-Polarization Composite Zn Anode Interface via Hydrated Polyzwitterionic Electrolyte Construction

电解质 阳极 极化(电化学) 材料科学 化学工程 复合数 接口(物质) 化学 电极 复合材料 毛细管数 工程类 物理化学 毛细管作用
作者
Qiong He,Guozhao Fang,Zhi Chang,Yifang Zhang,Shuang Zhou,Miao Zhou,Simin Chai,Yue Zhong,Guozhong Cao,Shuquan Liang,Anqiang Pan
出处
期刊:Nano-micro Letters [Springer Science+Business Media]
卷期号:14 (1) 被引量:85
标识
DOI:10.1007/s40820-022-00835-3
摘要

Aqueous zinc metal batteries are noted for their cost-effectiveness, safety and environmental friendliness. However, the water-induced notorious issues such as continuous electrolyte decomposition and uneven Zn electrochemical deposition remarkably restrict the development of the long-life zinc metal batteries. In this study, zwitterionic sulfobetaine is introduced to copolymerize with acrylamide in zinc perchlorate (Zn(ClO4)2) solution. The designed gel framework with hydrophilic and charged groups can firmly anchor water molecules and construct ion migration channels to accelerate ion transport. The in situ generated hybrid interface, which is composed of the organic functionalized outer layer and inorganic Cl- containing inner layer, can synergically lower the mass transfer overpotential, reduce water-related side reactions and lead to uniform Zn deposition. Such a novel electrolyte configuration enables Zn//Zn cells with an ultra-long cycling life of over 3000 h and a low polarization potential (~ 0.03 V) and Zn//Cu cells with high Coulombic efficiency of 99.18% for 1000 cycles. Full cells matched with MnO2 cathodes delivered laudable cycling stability and impressive shelving ability. Besides, the flexible quasi-solid-state batteries which are equipped with the anti-vandalism ability (such as cutting, hammering and soaking) can successfully power the LED simultaneously. Such a safe, processable and durable hydrogel promises significant application potential for long-life flexible electronic devices.
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