Transforming Dye Molecules into Electrochemical Allies: Direct Red 80 as a Dual-Functional Electrolyte Additive for Dendrite-Free Aqueous Zinc-Ion Batteries

枝晶(数学) 材料科学 阳极 电解质 电化学 水溶液 无机化学 分子 电偶阳极 化学工程 吸附 电极 化学 有机化学 阴极保护 冶金 物理化学 数学 几何学 工程类
作者
Yongjian Wang,Jing Guo,Suhong Li,Yufei Sun,Zhouyang Long,Lingdi Shen,Chao Lai
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (47): 54510-54519 被引量:11
标识
DOI:10.1021/acsami.3c12993
摘要

Despite the numerous advantages of abundant zinc resources, low redox potential, and affordability, aqueous zinc-ion batteries (AZIBs) currently face limitations due to dendritic growth and side reactions. This study explores the use of low-cost and efficient anionic dyes, specifically Direct Red 80 (DR80) as dual-functional electrolyte additives to enhance the electrochemical performance of AZIBs and facilitate the reuse of dye wastewater. Experimental and theory calculation results all demonstrate that the DR80 molecules readily adsorb onto the surface of the zinc anode, creating a stable and robust solid electrolyte interphase layer. This layer acts as a protective barrier, effectively mitigating H+ attacks and reducing both hydrogen evolution and corrosion reactions. Additionally, it covers any initial protrusions on the zinc anode, preventing the occurrence of the "tip-effect" phenomenon and limiting access of water to the zinc anode, thereby minimizing water decomposition. Moreover, the sulfonic acid groups of DR80 molecules displace some water molecules in [Zn(H2O)6]2+, disrupting the original solvent sheath and reducing water decomposition. Especially, using the DR80 additive, the Zn/Zn cell reaches an impressive cycle life of 1500 h at 2 mA cm-2@1 mAh cm-2. Given the low cost and widespread availability, this additive shows great potential in the future practical implementation of AZIBs.
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