Solvation Modulation and Reversible SiO2‐Enriched Interphase Enabled by Deep Eutectic Sol Electrolytes for Low‐Temperature Zinc Metal Batteries

材料科学 相间 共晶体系 溶剂化 电解质 金属 化学工程 调制(音乐) 无机化学 化学物理 冶金 电极 物理化学 离子 合金 有机化学 哲学 化学 遗传学 物理 工程类 生物 美学
作者
Haijun Peng,Kaishan Xiao,Siyu Tian,Shaohua Han,Jianda Zhou,Bingan Lu,Zhizhao Chen,Jiang Zhou
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:14 (15) 被引量:12
标识
DOI:10.1002/aenm.202303411
摘要

Abstract Zinc metal batteries (ZMBs) hold great promise for large‐scale energy storage in renewable solar and wind farms. However, their widespread application is hindered by poor stability and unsatisfactory low‐temperature performance, attributed to issues such as dendrite formation, strong Zn 2+ ‐H 2 O coordination, and electrolyte freezing. Herein, a deep eutectic sol electrolyte (DESE) is proposed by mixing SiO 2 nanoparticles with a solution composed of 1,3‐dioxolane (DOL) and Zn(ClO 4 ) 2 ·6H 2 O for stable low‐temperature ZMBs. By substituting the strong Zn 2+ ‐ H 2 O coordination with favorable Zn 2+ ‐DOL coordination, the DESE exhibits exceptional antifreezing capability at temperatures beyond −40 °C. The formation of Si‐O‐Zn 2+ bond near SiO 2 nanoparticles further improves the low‐temperature performance of the DESE by decreasing Zn 2+ desolvation energy. Moreover, the SiO 2 nanoparticles co‐plating/co‐stripping with Zn metal, forming a reversible and homogeneous SiO 2 ‐enriched interphase to protect the Zn anode from dendrite growth and interfacial side reactions. Remarkably, the DESE‐based ZMB full cells exhibit significantly prolonged cycle life of 8000 cycles at 1 A g −1 at 25 °C and 700 cycles at 0.2 A g −1 at ‐40 °C. This work provides a promising strategy to design advanced electrolytes for practical low‐temperature ZMBs.
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