Interfacial Modification of a Zn Anode by Amorphous Se toward Long-Life and Hydrogen Evolution-Free Aqueous Rechargeable Batteries

阳极 材料科学 无定形固体 纳米片 覆盖层 化学工程 水溶液 电化学 电偶阳极 涂层 纳米技术 电极 阴极保护 化学 结晶学 物理化学 工程类
作者
Xiangcheng Yuan,Qiuju Xu,Yiqing Li,Mi Gan,Jinzhang Liu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (41): 48225-48234 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acsami.3c10691
摘要

The Zn anode in rechargeable aqueous Zn-ion batteries suffers from hydrogen gas evolution and dendrite growth, which are critical issues that make the battery impractical. Here, the Zn anode performance is greatly improved by coating an amorphous selenium overlayer with a simple chemical bath reaction process. The reduction of SeO32- ions by the Zn metal leads to the formation of an amorphous Se layer, and the optimal reaction time that determines the thickness of the Se coating as well as the Zn anode performance is found to be 2 h. The symmetric cell using Zn@Se exhibits improved rate performance and an ultralong cycle life of 4500 h after being tested at 1 mA cm-2 and 1 mAh cm-2, respectively. Compared to the bare Zn anode, the Zn@Se anode leads to a larger Zn2+ transference number and reduced charge transfer resistance. The button-type MnO2∥Zn@Se full cell exhibits higher capacity and a much longer cycle life compared to the counterpart using a bare Zn anode. Also, pouch-type MnO2∥Zn@Se full cells with a high capacity of 9.7 mAh cm-2 are made to demonstrate the inhibition of hydrogen evolution and practical applications. It is found that the in situ formation of an amorphous ZnO nanosheet network induced by the amorphous Se overlayer plays a key role in enhancing the Zn anode performance.

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