“Zincophilic-Hydrophobic” PAN/PMMA Nanofiber Membrane Toward High-Rate Dendrite-Free Zn Anode

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作者
Yanjie Wang,Ning Li,Huiyan Liu,Juan Shi,Yuequn Li,Xukai Wu,Zhuo Wang,Chao Huang,Kongyao Chen,Dianbo Zhang,Tianyu Wu,Ping Li,Cuixia Liu,Liwei Mi
出处
期刊:Advanced Fiber Materials [Springer Nature]
卷期号:5 (6): 2002-2015 被引量:66
标识
DOI:10.1007/s42765-023-00323-2
摘要

Uncontrollable Zn dendrites and side reactions seriously downgrade the cycling stability of the Zn anode, and restrict the commercialization of aqueous zinc ion batteries. Here, PAN-based (PAN, PAN/PMMA) nanofiber membranes with uniform “zincophilic-hydrophobic” sites have been in-situ electrospun on Zn to effectively prevent harmful side reactions and control Zn plating/stripping behavior. The abundant highly-negative functional groups (C≡N and C=O) of PAN/PMMA have strong coordination interactions with Zn2+, which can accelerate Zn2+ desolvation and increase the Zn2+ migration number. Furthermore, the even distribution of zincophilic sites can help create a uniform Zn deposition environment and enable horizontal Zn deposition. Simultaneously, the inherent “hydrophobicity” of the nonpolar carbon skeleton in PAN/PMMA can prevent Zn corrosion and hydrogen evolution reaction (HER) side reactions, thus improving the cycling stability of the Zn anode. As a result, PAN/PMMA@Zn symmetric cells demonstrated remarkable rate performance and long cycling stability, sustaining efficient operation for over 2000 cycles at 10 mA cm− 2 with a low polarization voltage below 65 mV. This Zn anode modification strategy by in-situ constructed PAN-based nanofiber membrane has the advantages of simple-preparation, one-step membrane construction, binder-free, uniform distribution of functionalized units, which not only provides a specific scheme for developing advanced Zn anode but also lays a certain research foundation for developing “separator-anode” integrated Zn-based batteries.
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