Construction of a Composite Sn‐DLC Artificial Protective Layer with Hierarchical Interfacial Coupling Based on Gradient Coating Technology Toward Robust Anodes for Zn Metal Batteries

材料科学 阳极 涂层 图层(电子) 复合数 过电位 成核 复合材料 电解质 类金刚石碳 纳米技术 化学工程 电化学 薄膜 电极 化学 物理化学 工程类 有机化学
作者
Xiuli Guo,Qiaoling Peng,Kyungsoo Shin,Ye Zheng,Sarayut Tunmee,Caineng Zou,Xiaolong Zhou,Yongbing Tang
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:14 (38) 被引量:76
标识
DOI:10.1002/aenm.202402015
摘要

Abstract Developing a robust zinc (Zn) anode, free from Zn dendrites and unwanted side reactions, relies on designing a durable and efficient interfacial protection layer. In this study, gradient coating technology is employed to construct a hierarchically structured composite of Sn with diamond‐like carbon (DLC/Sn‐DLC) as an artificial protective layer. The DLC framework endows DLC/Sn‐DLC layer with high stability and adaptability, achieving long‐term stability of the anode–electrolyte interface. The gradual‐composite Sn, with its Sn─O─C interface chemical bonds, facilitates rapid charge transfer and offers ample zincophilic sites at the base, promoting uniform Zn 2+ reduction reaction and deposition. Additionally, the DLC/Sn‐DLC composite exhibits a “lotus effect” and favorable hydrophobic properties, preventing water‐reduced side reactions. Leveraging this structural design and the synergistic cooperation of DLC and Sn, the DLC/Sn‐DLC@Zn electrode demonstrates remarkable Zn plating/stripping reversibility, eliminating Zn dendrites and side reactions. Notably, under a high current density of 10 mA cm −2 , the DLC/Sn‐DLC@Zn anode‐based symmetrical cell exhibits stable operation for over 1550 h, with a low nucleation overpotential of 101 mV. The DLC/Sn‐DLC@Zn||Mn 3 O 4 ‐CNTs full battery delivers a high capacity of 109.8 mAh cm −2 after 5800 cycles at 2 A g −1 , and the pouch cell shows potential for energy storage applications.
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