The Construction of Anion‐Induced Solvation Structures in Low‐concentration Electrolyte for Stable Zinc Anodes

溶剂化 电解质 分子 法拉第效率 阳极 无机化学 离子 化学 剥离(纤维) 电化学 吸附 水溶液 材料科学 物理化学 电极 有机化学 复合材料
作者
Min Yang,Jiacai Zhu,Songshan Bi,Rui Wang,Huimin Wang,Yue Fang,Zhiqiang Niu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (15) 被引量:26
标识
DOI:10.1002/anie.202400337
摘要

Abstract Aqueous zinc‐ion batteries (ZIBs) are promising large‐scale energy storage devices because of their low cost and high safety. However, owing to the high activity of H 2 O molecules in electrolytes, hydrogen evolution reaction and side reactions usually take place on Zn anodes. Herein, additive‐free PCA−Zn electrolyte with capacity of suppressing the activity of free and solvated H 2 O molecules was designed by selecting the cationophilic and solventophilic anions. In such electrolyte, contact ion‐pairs and solvent‐shared ion‐pairs were achieved even at low concentration, where PCA − anions coordinate with Zn 2+ and bond with solvated H 2 O molecules. Simultaneously, PCA − anions also induce the construction of H‐bonds between free H 2 O molecules and them. Therefore, the activity of free and solvated H 2 O molecules is effectively restrained. Furthermore, since PCA − anions possess a strong affinity with metal Zn, they can also adsorb on Zn anode surface to protect Zn anode from the direct contact of H 2 O molecules, inhibiting the occurrence of water‐triggered side reactions. As a result, plating/stripping behavior of Zn anodes is highly reversible and the coulombic efficiency can reach to 99.43 % in PCA−Zn electrolyte. To illustrate the feasibility of PCA−Zn electrolyte, the Zn||PANI full batteries were assembled based on PCA−Zn electrolyte and exhibited enhanced cycling performance.
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