Zincophilic Anionic Hydrogel Electrolyte with Interfacial Specific Adsorption of Solvation Structures for Durable Zinc Ion Hybrid Supercapacitors

电解质 材料科学 法拉第效率 吸附 溶剂化 锌 无机化学 化学工程 阳极 离子 电极 化学 物理化学 有机化学 工程类 冶金
作者
Gaozhi Guo,Chenchen Ji,Hongyu Mi,Chao Yang,Mengjun Li,Chaorui Sun,Lixian Sun
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (2) 被引量:88
标识
DOI:10.1002/adfm.202308405
摘要

Abstract The rechargeable zinc ion hybrid supercapacitors (ZHSCs) are critically hindered by the low Coulombic efficiency and poor lifespan due to the continuous water‐induced side reactions and uncontrolled dendrite growth of the Zn anode. Herein, a zincophilic anionic hydrogel electrolyte (PSCA/Zn(OTf) 2 ) is constructed by incorporating the dodecyl sulfate anions ((OSO 3 R) − ) micelles to manipulate the solvation structures of Zn 2+ cations via the moderate ion–ion coordination interactions for manipulating the Zn deposition behavior and interfacial chemistry on Zn electrode. Joint experimental and theoretical results show that the constructed solvated Zn 2+ cations with the ionized (OSO 3 R) − electron donor significantly restrict the occurrence of adverse reactions (hydrogen evolution reactions). Concomitantly, the newly involved (OSO 3 R) − anions influence the adsorption configurations of solvated Zn 2+ ions, which alter the electrocrystallization patterns for dendrite‐free growth and induce the oriented deposition for rapid reaction kinetics of Zn electrodes. As a proof of concept, the Zn||Zn symmetric cells with PSCA/Zn(OTf) 2 exhibit high reversibility for deposition/stripping behavior with an extended long cycle span. Significantly, benefiting from the synergy of the modulatory electrolyte environment and the regulated adsorption configurations, a quasi‐solid‐state Zn||PSCA/Zn(OTf) 2 ||N‐doped porous carbon material (NPC) ZHSC exhibits exceptional cycling stability for over 40 000 cycles with a low capacity decay (0.00027% per cycle).
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