High-Entropy Second Solvation Shell by Anion Diversity for Aqueous Zinc-Ion Electrolytes

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作者
Hance Su,Elizabeth L. Hinks,Yuxuan Chen,Sang Cheol Kim,Yuqi Li,Xiwen Chi,P. L. Zhang,Jing Wang,Il Rok Choi,Haiyan Mao,Isabella Huang,Xueer Xu,Zhouyi Chen,Jian Qin,Yi Cui
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:11 (4): 3265-3273 被引量:7
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.5c04154
摘要

Our study introduces a novel electrolyte design strategy for aqueous zinc-ion batteries (AZIBs), leveraging high-entropy concepts specifically within the second solvation shell rather than the commonly targeted first shell. By combining multiple zinc salts to achieve controlled entropy enhancement, we demonstrated significantly improved zinc-ion transport kinetics, ionic conductivity, and suppression of the hydrogen evolution reactions (HER). Molecular dynamics simulations and spectroscopic analyses revealed that increased second-shell entropy weakened the hydrogen-bonding network, disrupting proton transfer pathways responsible for HER. Consequently, this high-entropy electrolyte substantially extended cycle life in symmetric cells and improved Coulombic efficiency in asymmetric configurations, outperforming conventional single-salt systems by up to 4-fold. In practical dual-electrode-free Zn–MnO 2 and Zn–NVO full cell setups, our electrolytes showed enhanced cycling stability, rate capability, and capacity retention. This work presents a transformative electrolyte approach, highlighting second-shell entropy manipulation as an effective avenue for advancing performance and sustainability in aqueous zinc-ion battery technology and beyond.
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