A Dendrite‐Free Tin Anode for High‐Energy Aqueous Redox Flow Batteries

阳极 材料科学 电极 金属 化学工程 电化学 氧化还原 水溶液 无机化学 纳米技术 枝晶(数学) 冶金 化学 物理化学 工程类 数学 几何学
作者
Yanxin Yao,Zengyue Wang,Zhejun Li,Yi‐Chun Lu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:33 (15): e2008095-e2008095 被引量:72
标识
DOI:10.1002/adma.202008095
摘要

Metal-based aqueous redox flow batteries (ARFBs) such as zinc-based ARFBs have attracted remarkable attention owing to their intrinsic high energy density. However, severe dendrite issues limit their efficiency and lifespan. Here an aqueous metal anode operating between Sn(OH)6 2- (stannate) and metal Sn is presented, providing a reversible four-electron transfer at -0.921 V vs standard hydrogen electrode. In strong contrast to severe Zn dendrites, the Sn(OH)6 2- /Sn electrode shows smooth and dendrite-free morphology, which can be attributed to its intrinsic low-surface-energy anisotropy which facilitates isotropic crystal growth of Sn metal. By coupling with iodide/tri-iodide (I- /I3 - ), the static Sn-I cell demonstrates a stable cycling for 500 cycles (more than 2 months). In contrast, the state-of-the-art Zn anode suffers from serious dendrites and lasts less than 45 cycles (190 h) in Zn-I cells. A stable continuous flow cycling of Sn-I cell achieves a Sn areal capacity of 73.07 mAh cm-2 at an average discharge voltage of 1.3 V for 350 h. The alkaline Sn electrode demonstrates dendrite-free morphology and superior performance in cycle life and areal capacity compared to state-of-the-art Zn metal anodes, offering a promising metal anode for high-energy ARFBs and other metal-based rechargeable aqueous batteries.
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