Zn-Ion Transporting, In Situ Formed Robust Solid Electrolyte Interphase for Stable Zinc Metal Anodes over a Wide Temperature Range

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作者
Peixun Xiong,Yingbo Kang,Nan Yao,Xiang Chen,Haiyan Mao,Woo‐Sung Jang,David M. Halat,Zhongheng Fu,Min‐Hyoung Jung,Hu Young Jeong,Young‐Min Kim,Jeffrey A. Reimer,Qiang Zhang,Ho Seok Park
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:8 (3): 1613-1625 被引量:140
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.3c00154
摘要

Hydrogen evolution, corrosion, and dendrite formation in the Zn anodes limit their practical applications in aqueous Zn metal batteries. Herein, we propose an interfacial chemistry regulation strategy that uses hybrid electrolytes of water and a polar aprotic N,N-dimethylformamide to modify the Zn2+-solvation structure and in situ form a robust and Zn2+-conducting Zn5(CO3)2(OH)6 solid electrolyte interphase (SEI) on the Zn surface to achieve stable and dendrite-free Zn plating/stripping over a wide temperature range. As confirmed by 67Zn nuclear magnetic resonance relaxometry, electrochemical characterizations, and molecular dynamics simulation, the electrochemically and thermally stable Zn5(OH)6(CO3)2-contained SEI achieved a high ionic conductivity of 0.04 to 1.27 mS cm–1 from −30 to 70 °C and a thermally activated fast Zn2+ migration through the [010] plane. Consequently, extremely stable Zn-ion hybrid capacitors in hybrid electrolytes are demonstrated with high capacity retentions and Coulombic efficiencies over 14,000, 10,000, and 600 cycles at 25, −20, and 70 °C, respectively.
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