Nanoengineered Functional Cellulose Ionic Conductor Toward High‐ Performance All‐Solid‐State Zinc‐Ion Battery

材料科学 导线 电池(电) 纤维素 固态 离子键合 离子 无机化学 导电体 化学工程 复合材料 工程物理 冶金 有机化学 热力学 物理 工程类 功率(物理) 化学
作者
Wen‐Bin Tu,Shuang Liang,Lina Song,Xiaoxue Wang,Guijuan Ji,Ji‐Jing Xu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (25) 被引量:87
标识
DOI:10.1002/adfm.202316137
摘要

Abstract The rechargeable zinc‐ion battery is regarded as a promising candidate for the next‐generation energy storage system, however, zinc dendrite growth and hydrogen evolution reaction (HER) have greatly hindered the practical application of the battery. Herein, a functionalized, nano‐engineering Zn 2+ coordinated carboxylate cellulose solid‐state electrolyte (denoted as Zn‐CCNF@XG) for zinc‐ion battery is constructed through a straightforward approach. According to the experimental and density functional theory (DFT) results of dissociation energy, the notably decreased dissociation energy by −COOH is favorable to Zn 2+ de‐coordinating and rapid ion‐hopping in Zn‐CCNF@XG to achieve high ionic conductivity and transference number. More importantly, the engineered molecular channels are beneficial to enlarging the distance between the nanofibril chains, providing a larger space for the movement of Zn 2+ . Benefiting from the coordination of Zn 2+ with −OH in carboxylate cellulose nanofibrils, Zn‐CCNF@XG as a good ionic conductor displays a high ionic conductivity of 1.17 × 10 −4 S cm −1 and transference number of 0.78. The Zn||NaV 3 O 8 ·1.5H 2 O full cell with Zn‐CCNF@XG maintains a capacity retention of 83.46% with a coulombic efficiency of 99.99% after 3000 cycles (1 A g −1 ). The proposed strategy by introducing a functional group to cellulose nanofibrils effectively avoids the dendrite and HER, providing valuable guidelines for the practical application of zinc‐ion batteries.
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