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

材料科学 阳极 成核 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:385
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 Zn 2+ migration. Furthermore, the porous PDA coating controls the ion flux via the ion‐confinement effect, thereby accelerating Zn 2+ kinetics on the zinc surface. Consequently, Zn@PDA exhibits significantly improved Zn 2+ 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 MnO 2 cathode, the Zn@PDA//MnO 2 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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