Reforming Multifunctional Solid Electrolyte Interphase for High‐Performance Zn Anode Through a Nature‐Inspired Strategy

材料科学 相间 阳极 电解质 纳米技术 化学工程 电极 物理化学 遗传学 生物 工程类 化学
作者
Qing Ma,Weihao Song,Xiaoya Zhang,Na Yang,Bing Wu,Chengjin Zheng,Masatsugu Fujishige,Kenji Takeuchi,Morinobu Endo,Jin Niu,Feng Wang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:35 (19) 被引量:8
标识
DOI:10.1002/adfm.202422159
摘要

Abstract Aqueous Zn metal batteries (AZMBs) have appealing advantages, including good safety, low cost, and high volumetric energy density. However, serious parasitic reactions and dendrite growth at Zn anodes hinder practical applications of AZMBs. Here, a nature‐inspired strategy is proposed to improve Zn anodes using plant‐cell derivatives as additives for ZnSO 4 electrolytes. In the electrolyte, TEMPO (2,2,6,6‐tetramethylpiperidine‐1‐oxyl)‐oxidized cellulose nanofibers (TOCN) and calcium lignosulfonate (CL) with specific functional groups modulate the Zn 2+ solvation structure. More importantly, they reform a cell membrane/wall‐like functional layer with high mechanical strength and selective Zn 2+ transmission/plating on the anode surface, which enables uniform Zn deposition and alleviates side reactions. As a result, symmetric cells using the dual‐additive electrolyte exhibit highly reversible and dendrite‐free Zn stripping/plating behavior for over 2000 and 500 h at 2 mA cm −2 /1 mAh cm −2 and 10 mA cm −2 /10 mAh cm −2 , respectively. Furthermore, a Zn//NH 4 V 4 O 10 full cell using the electrolyte shows a good cycling stability over 300 cycles with a low negative/positive (N/P) ratio. A high energy density of 92.9 Wh kg −1 can be delivered with limited metallic Zn consumption, showing that the electrolyte has good prospects for practical use.
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