Facile Zn2+ Desolvation Enabled by Local Coordination Engineering for Long‐Cycling Aqueous Zinc‐Ion Batteries

材料科学 阴极 水溶液 离子 动力学 扩散 化学物理 储能 化学工程 纳米技术 物理化学 热力学 化学 物理 有机化学 量子力学 功率(物理) 工程类
作者
Liyan Ding,Lei Wang,Jiechang Gao,Tianran Yan,Hongtai Li,Jing Mao,Fei Song,Stanislav S. Fedotov,Luo‐Yueh Chang,Ning Li,Yuefeng Su,Tiefeng Liu,Liang Zhang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:33 (32) 被引量:109
标识
DOI:10.1002/adfm.202301648
摘要

Abstract Aqueous zinc‐ion batteries (AZIBs) have aroused continuously increasing attention for grid‐scale energy storage applications. However, the progress of AZIBs is largely plagued by their sluggish reaction kinetics and poor structural reversibility, which are closely related to the desolvation process of hydrated Zn 2+ . Herein, a strategy of local coordination engineering is proposed to modulate both surface and bulk structure of a conventional α‐MnO 2 cathode to overcome these issues. Theoretical simulations and experimental characterizations reveal that the surface F coordinations effectively adjust the absorption strength toward H 2 O and Zn, which facilitates the desolvation of hydrated Zn 2+ and thus improves the interfacial ion diffusion rate and reaction kinetics. Meanwhile, the structural integrity is largely enhanced with suppressed irreversible phase evolution over cycling benefiting from the presence of robust MnF bonds in the bulk lattice. As a consequence, the achieved cathode exhibits almost no capacity degradation after 400 cycles at a low current density of 0.5 A g ‐1 and long‐term durability over 3500 cycles at a high current density of 5 A g ‐1 . The proposed modulation strategy provides new opportunities for designing long‐cycling and high‐energy cathodes for AZIBs and beyond.
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