Interfacial Adsorption Layers Based on Amino Acid Analogues to Enable Dual Stabilization toward Long‐Life Aqueous Zinc Iodine Batteries

吸附 材料科学 水溶液 阴极 电解质 腐蚀 阳极 无机化学 金属 化学工程 化学 有机化学 物理化学 冶金 电极 工程类
作者
Jie Bu,Peifen Liu,Genyuan Ou,Minghui Ye,Zhipeng Wen,Yufei Zhang,Yongchao Tang,Xiaoqing Liu,Chengchao Li
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adma.202420221
摘要

Aqueous zinc-iodine (Zn-I2) batteries are promising candidates for large-scale energy storage due to the merits of low cost and high safety. However, their commercial application is hindered by Zn corrosion and polyiodide shuttle at I2 cathode. Herein, N,N-bis(2-hydroxyethyl)glycine (BHEG) based interfacial adsorption layers are constructed to stabilize Zn anodes and mitigate polyiodide shuttle according to ion-dipole interactions, by using a strategy of electrolyte additive. The tertiary amine (N(CH2)3) and carboxyl (─COO-) groups in the deprotonated BHEG can reversibly capture H+ and dynamically neutralize OH- ions, efficiently buffering the interfacial pH of Zn metal anodes and suppressing hydrogen evolution reactions. Additionally, the BHEG adsorption layers can repel 39.3% of H2O molecules at the Zn interface, creating a "water-deficient" inner Helmholtz plane and preventing Zn corrosion. Significantly, the N(CH2)3 groups in BHEG also inhibit polyiodide shuttle at the I2 cathode, which exhibits high adsorption energies of -0.88, -0.41, and -0.39 eV for I-, I2, and I3 -, respectively. Attributing to these benefits, the Zn-I2 battery can achieve a high areal capacity of 2.99 mAh cm-2 and an extended cycling life of 2,000 cycles, even at a high mass loading of I2 cathode (≈21.5 mg cm-2).
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