Reviving Zn0 Dendrites to Electroactive Zn2+ by Mesoporous MXene with Active Edge Sites

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作者
Fanxing Bu,Zhihao Sun,Wanhai Zhou,Yanyan Zhang,Yongjin Chen,Bing Ma,Xiaoxu Liu,Pei Liang,Chenglin Zhong,Ruizheng Zhao,Hongpeng Li,Lipeng Wang,Tengsheng Zhang,Boya Wang,Zaiwang Zhao,Jie Zhang,Wei Li,Yasseen S. Ibrahim,Yasser A. Hassan,Ahmed A. Elzatahry
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (44): 24284-24293 被引量:108
标识
DOI:10.1021/jacs.3c08986
摘要

Zinc metal-based aqueous batteries (ZABs) offer a sustainable, affordable, and safe energy storage alternative to lithium, yet inevitable dendrite formation impedes their wide use, especially under long-term and high-rate cycles. How the battery can survive after dendrite formation remains an open question. Here, we pivot from conventional Zn dendrite growth suppression strategies, introducing proactive dendrite-digesting chemistry via a mesoporous Ti3C2 MXene (MesoTi3C2)-wrapped polypropylene separator. Spectroscopic characterizations and electrochemical evaluation demonstrate that MesoTi3C2, acting as an oxidant, can revive the formed dead Zn0 dendrites into electroactive Zn2+ ions through a spontaneous redox process. Density functional theory reveals that the abundant edge-Ti-O sites in our MesoTi3C2 facilitate high oxidizability and electron transfer from Zn0 dendrites compared to their in-plane counterparts. The resultant asymmetrical cell demonstrates remarkable ultralong cycle life of 2200 h at a practical current of 5 mA cm-2 with a low overpotential (<50 mV). The study reveals the unexpected edge effect of mesoporous MXenes and uncovers a new proactive dendrite-digesting chemistry to survive ZABs, albeit with inevitable dendrite formation.
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