Highly Reversible Aqueous Zinc Batteries enabled by Zincophilic–Zincophobic Interfacial Layers and Interrupted Hydrogen‐Bond Electrolytes

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作者
Longsheng Cao,Dan Li,Fernando A. Soto,Victor Ponce,Bao Zhang,Lu Ma,Tao Deng,Jorge M. Seminario,Enyuan Hu,Xiao‐Qing Yang,Perla B. Balbuena,Chunsheng Wang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:60 (34): 18845-18851 被引量:275
标识
DOI:10.1002/anie.202107378
摘要

Aqueous Zn batteries promise high energy density but suffer from Zn dendritic growth and poor low-temperature performance. Here, we overcome both challenges by using an eutectic 7.6 m ZnCl2 aqueous electrolyte with 0.05 m SnCl2 additive, which in situ forms a zincophilic/zincophobic Sn/Zn5 (OH)8 Cl2 ⋅H2 O bilayer interphase and enables low temperature operation. Zincophilic Sn decreases Zn plating/stripping overpotential and promotes uniform Zn plating, while zincophobic Zn5 (OH)8 Cl2 ⋅H2 O top-layer suppresses Zn dendrite growth. The eutectic electrolyte has a high ionic conductivity of ≈0.8 mS cm-1 even at -70 °C due to the distortion of hydrogen bond network by solvated Zn2+ and Cl- . The eutectic electrolyte enables Zn∥Ti half-cell a high Coulombic efficiency (CE) of >99.7 % for 200 cycles and Zn∥Zn cell steady charge/discharge for 500 h with a low overpotential of 8 mV at 3 mA cm-2 . Practically, Zn∥VOPO4 batteries maintain >95 % capacity with a CE of >99.9 % for 200 cycles at -50 °C, and retain ≈30 % capacity at -70 °C of that at 20 °C.
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