Suppressing Rampant and Vertical Deposition of Cathode Intermediate Product via PH Regulation Toward Large‐Capacity and High‐Durability Zn//MnO2 Batteries

电解质 阴极 材料科学 阳极 电化学 电池(电) 氢氧化物 化学工程 沉积(地质) 无机化学 电极 化学 工程类 物理化学 古生物学 功率(物理) 物理 生物 量子力学 沉积物
作者
Minfeng Chen,Ming Yang,Xiang Han,Jizhang Chen,Peixin Zhang,Ching‐Ping Wong
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (4) 被引量:72
标识
DOI:10.1002/adma.202304997
摘要

Abstract Despite great prospects, Zn//MnO 2 batteries suffer from rampant and vertical deposition of zinc sulfate hydroxide (ZSH) at the cathode surface, which leads to a significant impact on their electrochemical performance. This phenomenon is primarily due to the drastic increase in the electrolyte pH value upon discharging, which is closely associated with the electrodissolution of Mn‐based active materials. Herein, the pH value change is effectively inhibited by employing an electrolyte additive with excellent pH buffering capability. As such, the formation of ZSH at the cathode is postponed, resulting in the deposition of ZSH in a horizontal arrangement. This strategy can significantly enhance the utilization efficiency of cathode active material, while also enabling a solid electrolyte interphase layer at the Zn anode to address low Zn stripping/plating reversibility. With the optimal electrolyte, the Zn//MnO 2 battery realizes a 25.6% increase in the specific capacity at 0.2 A g −1 compared to that with the baseline electrolyte, great rate capability (161.6 mAh g −1 at 5 A g −1 ), and superior capacity retention (90.2% over 5,000 cycles). In addition, the pH buffering strategy is highly applicable in hydrogel electrolytes. This work underscores the importance of pH regulation for Zn//MnO 2 batteries and provides enlightening insights.
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