A Binder-Free Metal–Organic Framework Ion Osmosis Membrane for Stabilizing a Zn Anode

材料科学 阳极 化学工程 电偶阳极 金属有机骨架 金属 离子 反渗透 无机化学 冶金 电极 有机化学 阴极保护 吸附 化学 遗传学 物理化学 工程类 生物
作者
Lvgen Shen,Cheng Wang,Xinyi Du,Xiujing Lin,Ruiqing Liu,Xiaomiao Feng
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:17 (24): 35477-35488
标识
DOI:10.1021/acsami.5c05136
摘要

Aqueous zinc-ion batteries (AZIBs) have attracted considerable attention due to their low cost and high safety. However, their development is hindered by dendrite formation and complex anodic side reactions. In this study, a binder-free zirconium-based metal-organic framework (MOF) membrane, NUS-8, is proposed as an artificial solid electrolyte interphase (ASEI) for the Zn anode, with the aim to regulate Zn2+ desolvation and deposition processes, inhibit dendrite growth, and mitigate anodic side reactions. The microporous structure and abundant functional groups (-COOH, -OH) in the NUS-8 membrane enable ion flux control through an ion-confinement effect, reducing ion transfer resistance and providing stable pathways for Zn2+ migration. These characteristics enhance the hydrophilicity of the Zn anode surface, accelerate the desolvation process, and lower the activation energy barrier for Zn2+ migration from 28.73 to 26.10 kJ mol-1. As a result, symmetric cells with NUS-8@Zn anodes exhibited a prolonged lifespan exceeding 1180 h at 1 mA cm-2 and 1 mAh cm-2, significantly outperforming bare Zn anodes (90 h). Additionally, the NUS-8@Zn||MnO2 full cell demonstrated excellent cycling stability, with a capacity retention of 72.3% over 3000 cycles at 5 A g-1. This work presents a promising strategy to enhance Zn anode performance and introduces a design approach for advancing AZIBs.
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