Manipulating Zn2+ solvation environment in poly(propylene glycol)‐based aqueous Li+/Zn2+ electrolytes for high‐voltage hybrid ion batteries

电解质 溶剂化 水溶液 阳极 电化学 化学 离子 分解 无机化学 材料科学 化学工程 物理化学 有机化学 电极 工程类
作者
Hanqing Lu,Sheng Qiang Zheng,Lu Wei,Xiaodong Zhang,Xin Guo
出处
期刊:Carbon energy [Wiley]
卷期号:5 (12) 被引量:8
标识
DOI:10.1002/cey2.365
摘要

Abstract Compared with aqueous single‐ion batteries, rechargeable aqueous hybrid ion batteries, especially Li + /Zn 2+ hybrid ion batteries, are receiving extensive interest owing to their low cost, high operating voltage, and energy density. However, their working voltage and lifespan are limited by the decomposition of water and the growth of Zn dendrites. Herein, detrimental side reactions induced by the water reduction and the Zn dendrite growth are successfully suppressed by a poly(propylene glycol) (PPG)‐based hybrid ion electrolyte [(1 m Zn(TFSI) 2 + 10 m LiTFSI) in PPG/H 2 O]. The addition of PPG in the electrolyte can not only enhance the bonding strength of hydrogen‐bond in water but also tailor the solvation sheath of Zn 2+ as revealed by synchrotron X‐rays. The participated solvation of PPG with Zn 2+ can weaken Zn−H 2 O interactions and redistribute Zn 2+ flux on the surface of the Zn anode, thus inducing favorably even deposition of Zn. In addition, the decomposition of TFSI − contributes a ZnF 2 ‐enriched solid electrolyte interface at the Zn anode to further prevent water decomposition and restrain Zn dendrites. The PPG‐based electrolyte enables 2.1 V LiMnO 2 //Zn batteries to deliver high specific capacities (121.7 mAh g −1 for a coin cell and 90 mAh g −1 for a pouch cell), and maintain 80% of the capacity over 700 cycles at 0.5 C, suggesting a promising pathway for highly reversible aqueous hybrid ion batteries.
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