High-performance zinc metal anode enabled by large-scale integration of superior ion transport layer

阳极 图层(电子) 金属 材料科学 离子 比例(比率) 无机化学 化学工程 纳米技术 化学 冶金 电极 工程类 有机化学 物理 物理化学 量子力学
作者
Kai Yang,Zhe Zhu,Xin He,Ruiqi Song,Xiaoqiao Liao,Leixin Wu,Yixue Duan,Chuan Zhao,Muhammad Tahir,Jun Dai,Hui Tang,Liang He
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:492: 152114-152114 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.152114
摘要

Aqueous zinc (Zn) metal battery is regarded as a promising candidate with low cost and high safety for energy storage systems at large scales. However, the destabilized Zn2+ transport at the reaction interface severely restricts the lifespan of zinc anode, and the strategies suitable for large-scale integration of the anode's protection layer are required. Herein, an independent protective layer of Cu@CuO nanowire arrays is proposed to stabilize zinc anode with comprehensive regulation of Zn2+ transport. Through wet-chemical etching, the nanowire structure with a geometric area of 250 cm2 can be synthesized in one pot. From experimental analysis and simulation results, such a layer not only homogenizes the distribution of interfacial electric field, but also enhances Zn2+ transfer kinetics with improved ionic conductivity and increased transference number. Meanwhile, the activity of hydrogen evolution reaction (HER) is decreased due to the integration of this unique layer. As a result, the protected zinc anode can be stably operated at 2 mA cm−2/2 mAh cm−2, and the stable current density can further increase to 10 mA cm−2. Furthermore, the protective layer is featured with superior hydrophilicity, and can be feasibly utilized for large-area pouch cells, revealing the scalability and effectiveness in practical devices. This work proposes a facile protection strategy for zinc anode from the perspective of optimizing Zn2+ transport by large-scale integration of superior ion transport layer, showing great potential in high-performance zinc metal anode.
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