Synergistic Design of Multifunctional Interfacial Zn Host toward Practical Zn Metal Batteries

过电位 材料科学 电解质 成核 溶解 化学工程 金属 阳极 极化(电化学) 电化学 电极 冶金 化学 有机化学 工程类 物理化学
作者
Jung Been Park,Changhoon Choi,Jong Hyun Park,Seungho Yu,Dong Wan Kim
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:12 (48) 被引量:35
标识
DOI:10.1002/aenm.202202937
摘要

Abstract Aqueous Zn metal batteries (ZMBs) are receiving attention as large‐scale energy storage systems owing to their high theoretical capacity, low toxicity, and the abundance of Zn. However, Zn anodes still undergo undesired dendrite growth and intrinsic side reactions, thereby hindering the practical application of ZMBs. In this study, a multifunctional porous zincophilic carbon host (FPCH) assisted by a thin ZnO interphase (ZI) on bare Zn (FPCH‐ZI/Zn) is rationally designed as the interfacial host for stable Zn deposition/dissolution processes to reduce the limitations of Zn anodes. Hydrophobic FPCH with large specific surface areas and zincophilic oxygen‐based functional groups induce a uniform distribution of electric field/Zn 2+ flux and low nucleation overpotential and restrain side reactions. Additionally, hydrophilic ZI ensures sufficient quantities of the electrolyte are absorbed into FPCH‐ZI/Zn; it complements the shortcomings (low hygroscopicity of the electrolyte) of hydrophobic FPCH, depositing Zn inside the host. Consequently, the symmetric FPCH‐ZI/Zn cells exhibit excellent cycling performances with low‐voltage polarization, even under harsh operating conditions. Furthermore, in the MnO 2 ∥Zn full‐cell tests, the FPCH‐ZI/Zn full cells exhibit superb long‐term cyclability compared to that of bare Zn under real‐world operating conditions (N/P ratio: ≈7.3), indicating the availability of FPCH‐ZI/Zn for practical ZMBs.
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