Stabling Zinc Metal Anode with Polydopamine Regulation through Dual Effects of Fast Desolvation and Ion Confinement

材料科学 阳极 成核 锌 水溶液 阴极 金属 化学工程 离子 动力学 涂层 纳米技术 冶金 电极 物理化学 化学 有机化学 工程类 物理 量子力学
作者
Tingting Wang,Pinji Wang,Liang Pan,Zhangxing He,Lei Dai,Ling Wang,Shude Liu,Seong Chan Jun,Bingan Lu,Shuquan Liang,Jiang Zhou
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:13 (5) 被引量:401
标识
DOI:10.1002/aenm.202203523
摘要

Abstract Metal zinc is recognized as a promising anode candidate for aqueous zinc‐ion batteries (AZIBs), however, dendrites and byproducts formation severe deteriorate its reversibility and practical lifespan. Herein, a polydopamine (PDA) layer, which offers the dual effects of fast desolvation and ion confinement, is constructed on the surface of a Zn anode for efficient AZIBs. The abundant polar functional groups in PDA significantly enhance interfacial contact in aqueous media, which reduces the number of water molecules reaching the zinc surface through fast desolvation, thus lowering the energy barrier for Zn2+ migration. Furthermore, the porous PDA coating controls the ion flux via the ion‐confinement effect, thereby accelerating Zn2+ kinetics on the zinc surface. Consequently, Zn@PDA exhibits significantly improved Zn2+ deposition kinetics (nucleation potential of only 32.6 mV vs 50.2 mV of bare Zn) compared with bare Zn at 2.0 mA cm−2, with a dendrite‐free surface and negligible byproduct formation. When paired with a MnO2 cathode, the Zn@PDA//MnO2 cell delivers high discharge capacity and long cycle stability without significant performance deterioration over 1000 cycles at 1.0 A g−1. Additionally, the cell demonstrates excellent shelving‐restoring performance.
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