Concentration-function coupled electrolytes harmonize thermodynamics and kinetics for stable zinc metal batteries

电解质 动力学 热力学 金属 化学 功能(生物学) 物理化学 电极 物理 有机化学 生物 量子力学 进化生物学
作者
Tao Liu,Xusheng Dong,Jiashuo Zhang,Huihui Chen,Rongrong Cao,Zixu Sun,Wanhai Zhou,Hongpeng Li,Dongliang Chao,Zhen Zhou,Ruizheng Zhao
出处
期刊:Chemical Science [Royal Society of Chemistry]
卷期号:16 (37): 17426-17435 被引量:12
标识
DOI:10.1039/d5sc05421d
摘要

The application of zinc-based aqueous batteries (ZABs) is limited by poor thermodynamic stability and sluggish electrochemical kinetics due to the unfavorable bulk phase and interface. Conventional electrolyte strategies struggle to balance these aspects. Here, we present a concentration-function coupled electrolyte strategy that enables the independent yet synergistic regulation of bulk and interfacial behaviors of Zn2+. Variations in molecular dipole moment, polarity, and concentration determine their coordination with Zn2+ and interfacial affinity, enabling the regulation of bulk and interfacial structures, thereby achieving a delicate trade-off between thermodynamics and kinetics. The high-concentration bulk-phase regulator reconstructs the hydrogen-bond network and Zn2+ coordination, effectively suppressing hydrogen evolution and zinc corrosion. Meanwhile, the low-concentration interfacial regulator modulates the electric double layer, promoting uniform Zn deposition via favorable interfacial chemistry. This electrolyte strategy achieves ultra-stable zinc anodes at room/low temperatures. The strategy's practicality is validated in Zn‖Zn x V2O5·nH2O full cells (95% capacity retention after 4600 cycles), establishing a new paradigm for electrolyte design and offering key insights into the development of durable high-performance ZABs.
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