Highly reversible zinc metal anode enabled by strong Brønsted acid and hydrophobic interfacial chemistry

金属 阳极 化学 布朗斯特德-洛瑞酸碱理论 化学工程 纳米技术 材料科学 有机化学 催化作用 电极 物理化学 工程类
作者
Qingshun Nian,Xuan Luo,Digen Ruan,Yecheng Li,Bingqing Xiong,Zhuangzhuang Cui,Zihong Wang,Qi Dong,Jiajia Fan,Jinyu Jiang,Jun Ma,Zhihao Ma,Dazhuang Wang,Xiaodi Ren
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1) 被引量:33
标识
DOI:10.1038/s41467-024-48444-5
摘要

Abstract Uncontrollable zinc (Zn) plating and hydrogen evolution greatly undermine Zn anode reversibility. Previous electrolyte designs focus on suppressing H 2 O reactivity, however, the accumulation of alkaline byproducts during battery calendar aging and cycling still deteriorates the battery performance. Here, we present a direct strategy to tackle such problems using a strong Brønsted acid, bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (HTFSI), as the electrolyte additive. This approach reformulates battery interfacial chemistry on both electrodes, suppresses continuous corrosion reactions and promotes uniform Zn deposition. The enrichment of hydrophobic TFSI – anions at the Zn|electrolyte interface creates an H 2 O-deficient micro-environment, thus inhibiting Zn corrosion reactions and inducing a ZnS-rich interphase. This highly acidic electrolyte demonstrates high Zn plating/stripping Coulombic efficiency up to 99.7% at 1 mA cm –2 ( > 99.8% under higher current density and areal capacity). Additionally, Zn | |ZnV 6 O 9 full cells exhibit a high capacity retention of 76.8% after 2000 cycles.
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