Achieving Highly Proton‐Resistant Zn–Pb Anode through Low Hydrogen Affinity and Strong Bonding for Long‐Life Electrolytic Zn//MnO2 Battery

材料科学 电解质 阳极 质子 电池(电) 无机化学 化学 电极 有机化学 量子力学 物理 物理化学 功率(物理)
作者
Pengchao Ruan,Xianhong Chen,Liping Qin,Yan Tang,Bingan Lu,Zhiyuan Zeng,Shuquan Liang,Jiang Zhou
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (31): e2300577-e2300577 被引量:142
标识
DOI:10.1002/adma.202300577
摘要

High-energy electrolytic Zn//MnO2 batteries show potential for grid-scale energy storage, but the severe hydrogen evolution corrosion (HEC) caused by acidic electrolytes results in subdued durability. Here, an all-around protection strategy is reported for achieving stable Zn metal anodes. First, a proton-resistant Pb-containing (Pb and Pb(OH)2 ) interface is constructed on a Zn anode (denoted as Zn@Pb), which in situ forms PbSO4 during H2 SO4 corrosion and protects the Zn substrate from HEC. Second, to improve the plating/stripping reversibility of Zn@Pb, Pb(CH3 COO)2 an additive (denoted as Zn@Pb-Ad) is introduced, which triggers PbSO4 precipitation and releases trace Pb2+ that can dynamically deposit a Pb layer on the Zn plating layer to suppress HEC. The superior HEC resistance stems from the low affinity of PbSO4 and Pb for H+ , as well as strong bonding between Pb-Zn or Pb-Pb, which increase the hydrogen evolution reaction overpotential and the H+ corrosion energy barrier. Consequently, the Zn@Pb-Ad//MnO2 battery runs stably for 630 and 795 h in 0.2 and 0.1 m H2 SO4 electrolytes, respectively, which are >40 times better than that of bare Zn. The as-prepared A h-level battery achieves a one-month calendar life, opening the door to the next generation of high-durable grid-scale Zn batteries.
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