Spontaneous Molecule Aggregation for Nearly Single‐Ion Conducting Sol Electrolyte to Advance Aqueous Zinc Metal Batteries: The Case of Tetraphenylporphyrin

四苯基卟啉 电解质 水溶液 分子 金属 离子 材料科学 无机化学 水溶液中的金属离子 化学 光化学 电极 有机化学 冶金 卟啉 物理化学
作者
Jingjing Dong,Long Su,Huili Peng,Dongdong Wang,Hanwen Zong,Gulian Wang,Jian Yang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (21): e202401441-e202401441 被引量:104
标识
DOI:10.1002/anie.202401441
摘要

Zn metal as a promising anode of aqueous batteries faces severe challenges from dendrite growth and side reactions. Here, tetraphenylporphyrin tetrasulfonic acid (TPPS) is explored as an electrolyte additive for advanced Zn anodes. It is interesting to note that TPPS spontaneously assembles into unique aggregates. As they adsorb on the Zn anode, the aggregates enhance the resistance to electrolyte percolation and dendrite growth compared to single molecules. Meanwhile, TPPS facilitates anion association in the solvation sheath of Zn2+, and boosts the transference number of Zn2+ up to 0.95. Therefore, anion-related side reactions and anion-induced electrode overpotentials are reduced accordingly. In this context, the electrolyte containing TPPS exhibits excellent electrochemical performance. Even under a high loading of MnO2 (25 mg cm-2), a limited Zn supply (N/P ratio=1.7), and a lean electrolyte (15 μL mAh-1), the full cells still represent a higher cumulative capacity compared to the reported data. The advantages of this electrolyte are also adapted to other cathode materials. The pouch cells of Zn||NaV3O8 ⋅ 1.5H2O realize a capacity of ~0.35 Ah at 0.4 C under harsh conditions.
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