Regulated Ion/Electron‐Conducting Interphase Enables Stable Zinc‐Metal Anodes for Aqueous Zinc‐Ions Batteries

阳极 相间 离子 材料科学 金属 电偶阳极 水溶液中的金属离子 水溶液 无机化学 电极 化学 冶金 阴极保护 有机化学 物理化学 遗传学 生物
作者
Jiahui Zhou,Yang Mei,Feng Wu,Yutong Hao,Wenwen Ma,Li Li,Man Xie,Renjie Chen
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:62 (29): e202304454-e202304454 被引量:92
标识
DOI:10.1002/anie.202304454
摘要

Metallic Zinc (Zn) is considered as a remarkably promising anode for aqueous Zn-ion batteries due to its high volumetric capacity and low redox potential. Unfortunately, dendritic growth and severe side reactions destabilizes the electrode/electrolyte interface, and ultimately reduce the electrochemical performance. Here, an artificial protective layer (APL) with a regulated ion and electron-conducting interphase is constructed on the Zn-metal anode to provide excellent interfacial stability in high-rate cycling. The superior ionic and moderate electronic conductivity of the APL derives from the co-embedding of MXene and Zn(CF3 SO3 )2 salts into the polyvinyl alcohol hydrogel, which enables a synergistic effect of local current density reduction during plating and ion transport acceleration during stripping for Zn anode. Furthermore, the high Young's modulus of the protective layer and dendrite-free deposition morphology during cycling suppresses hydrogen evolution reactions (2.5 mmol h-1 cm-2 ) and passivation. As a result, in symmetrical cell tests, the modified battery presents a stable life of over 2000 cycles at ultra-high current density of 20 mA cm-2 . This research presents a new insight into the formation and regulation of stable electrode-electrolyte interface for the Zn-metal anode.
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