Periodically Alternating Electric Field Layers Induces the Preferential Growth of Zn (002) Plane for Ultralow Overpotential Zinc‐Ion Batteries

过电位 材料科学 电场 阳极 成核 枝晶(数学) 化学物理 化学工程 纳米技术 光电子学 电极 电化学 热力学 物理化学 冶金 化学 物理 几何学 数学 量子力学 工程类
作者
Jie Feng,Xinyang Li,Xiaofeng Cui,Hongyang Zhao,Kai Xi,Shujiang Ding
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:13 (21) 被引量:75
标识
DOI:10.1002/aenm.202204092
摘要

Abstract The sluggish de‐solvation kinetics and uneven Zn 2+ transport behavior at the Zn anode are undesirable for commercialization of zinc ion batteries. To address these issues, a periodically alternating electric field is introduced on the Zn anode by constructing a laponite nano‐clay layer with unique electric field separation properties. This layer exhibits negative and positive electric fields together in the same space but in different directions (negative electric field in the normal direction while the positive electric field is in the radial direction); thus, achieving both homogeneous Zn 2+ transport and an effective de‐solvation effect. The laponite film (LAP@Zn) as a multifunctional artificial layer can induce Zn 2+ nucleation for preferential orientation growth of Zn along the (002) planes, thereby suppressing dendrite growth on the Zn anode. Consequently, the LAP@Zn symmetric cells exhibit an ultralow overpotential (12 mV) and cycle smoothly over 1100 h at 0.5 mA cm −2 . Even at an ultrahigh current density of 40 mA cm −2 , the cell still operates stably for 500 h. More encouragingly, the effectiveness is also convincing in MnO 2 ‐based full cells with excellent rate performance and cycle stability. The periodically alternating electric field strategy provides an effective path toward high‐performance and dendrite‐free Zn‐based storage systems.
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