Optimizing Amphoteric Cellulose Additives with Complexation–Adsorption Mechanisms to Stabilize the Zn Anode

吸附 纤维素 阳极 化学工程 材料科学 化学 无机化学 有机化学 电极 物理化学 工程类
作者
Haodong Zhang,Xiaotang Gan,Zhuning Wang,Minli Tao,Jinping Zhou
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c16970
摘要

The growth of Zn dendrites and interfacial side reactions are two critical challenges impeding the commercial application of aqueous zinc batteries (AZBs). The amphoteric electrolyte additive is considered a convenient and efficient strategy to stabilize the Zn anode. However, most studies overlook the critical impacts of their charge compositions and the corresponding mechanisms on Zn2+ electroplating behavior. Here, we use amphoteric cellulose as an exemplary research object, as the number of positive/negative groups can be easily and effectively controlled. We elucidate in detail the interplay between the complexation and adsorption mechanisms of the amphoteric cellulose additive in AZBs. Specifically, the amphoteric cellulose additive not only guides and regulates Zn2+ deposition but also forms a uniform protective layer on the Zn surface. As a result, the optimal additive enables dendrite-free and side-reaction-suppressed AZBs, leading to a Zn||Zn cell with a high depth of discharge of 68.4%, and a Zn||NH4V4O10 cell with a high reversible specific capacity of 310 mAh g-1. This work demonstrates a promising strategy by elucidating the role of charge composition in electrolyte additive design, advancing the development of stable AZBs.
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