Interfacial Fluorinated Ion Crowding Enables Reversible Zinc Metal Batteries

材料科学 电化学 锌 金属 水溶液 电池(电) 枝晶(数学) 离子 拥挤 化学工程 纳米技术 工作(物理) 分子 能量密度 水溶液中的金属离子 储能 氢 电化学储能 低能 无机化学 电极 化学物理 水介质 过渡金属 硫黄 氢气储存
作者
Xinyu Zhang,Jitao Shang,Ruwei Chen,Jianrui Feng,Hang Yang,Jingyi Wang,Fei Guo,Shuhui Li,Zijuan Du,Peie Jiang,Xiaoxia Guo,Wei Zhang,Jie Chen,Hongzhen He,Xuan Gao,Zhenjing Jiang,Bo Wang,Yuhang Dai,Guanjie He
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:65 (39): e3251724-e3251724 被引量:2
标识
DOI:10.1002/anie.3251724
摘要

ABSTRACT Aqueous zinc metal batteries (AZMBs) are promising candidates for large‐scale energy storage owing to their intrinsic safety. However, their lifespan is severely limited by side reactions such as dendrite growth and hydrogen evolution at the Zn‐electrolyte interface. Conventional single‐electrolyte‐additive approaches are thermodynamically constrained, yielding only insufficient coverage of the inner‐Helmholtz plane (IHP) and poor control of interfacial reactions. Here, we report an interfacial fluorinated‐ion crowding strategy by simultaneously introducing multiple low‐concentration fluorinated additives. Computational and spectroscopic analyses reveal that various‐sized F‐groups densely occupy the IHP, displacing water molecules and homogenizing Zn 2+ flux. This emergent crowding effect, inaccessible to single‐additive strategies, enables unprecedented interfacial regulation. Electrochemical tests demonstrate ultrastable Zn plating/stripping over 1200 h at 5 mA cm −2 and 1800 h at 10 mA cm −2 , more than tenfold longer than the baseline electrolyte. This work establishes interfacial ion crowding as a powerful design principle, rooted in fundamental electrochemistry, offering a pathway toward high‐performance and durable AZMBs.
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