Accelerated discovery of solvation structure engineering for stable aqueous rechargeable zinc batteries via physics-guided Bayesian active learning

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作者
Minsu Kim,Minji Lee,Inyoung Choi,Jihye Oh,Sanga Paik,A‐Reum Han,S. K. Lee,Hyerim Hwang,Jonggeol Na,Kwan Woo Nam
标识
DOI:10.26434/chemrxiv-2024-bhhkc
摘要

Aqueous rechargeable zinc batteries, despite advantages like safety and performance, struggle with water-based side reactions such as hydrogen evolution and corrosion. Regulating the solvation structure of Zn2+ is essential for stability. Introducing n-hexane, a nonpolar alkane, modifies Zn2+ coordination and stabilizes the Zn anode-electrolyte interface. The miscibility of n-hexane is improved through micelle formation with amphiphilic Zn(OTf)2 and β-cyclodextrin. Micelle stability is highly sensitive to component concentrations, requiring precise balance to ensure proper electrolyte function. However, designing multi-component electrolytes remains empirical. To address this, a Bayesian optimization framework is presented, incorporating physical relationships into machine learning to efficiently explore the design space. This approach rapidly identifies the critical concentration for micelle stability, which is key for maintaining phase stability in the electrolyte. The optimized electrolyte maintains a low overpotential (30 mV) for over 1300 hours in a Zn||Zn symmetric cell, with a current density of 1 mA cm–2.
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