Multifunctional water-organic hybrid electrolyte for rechargeable zinc ions batteries

电解质 溶剂化 乙腈 化学 溶解 无机化学 化学工程 纳米孔 电极 吸附 水溶液 溶剂 有机化学 物理化学 工程类
作者
Chao Meng,Weidong He,Zhen Kong,Zhenyan Liang,Huaping Zhao,Yong Lei,Yongzhong Wu,Xiaopeng Hao
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:450: 138265-138265 被引量:80
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.138265
摘要

Uncontrollable dendrite growth and parasitic reactions are the fundamental obstacles to achieve large-scale application of aqueous Zn-ion batteries. Herein, a new strategy of tuning the electrolyte solvation structure and electrode interface is demonstrated for highly reversible zinc plating/stripping. Acetonitrile (AN) is introduced into Zn(OTf)2 electrolyte as co-solvent, the interaction between Zn2+ and acetonitrile attenuates the Zn2+ solvation and water activity. Concomitantly, theoretical calculations demonstrate that acetonitrile molecules tend to adsorb on the surface of zinc electrode to form an adaptive zinc-electrolyte interface. Such an electrolyte engineering significantly prevents water hydrogen evolution, suppresses vanadium dissolution and modulates Zn deposition behavior. As proof of concept, Zn//Zn symmetric cells with acetonitrile additive exhibit a ultra-long cycling of 2100 h at a high current density of 5 mA cm−2. In particular, the university of the acetonitrile–water co-solvent (AWCS) electrolyte is demonstrated, multiple battery systems (Zn//Al-V-O, Zn//Zn-V-O, Zn//VOOH, and Zn//Mn-V-O) deliver markedly improved cycling stability and rate performance. The mechanism of action of AWCS electrolyte on performance indicators is discussed in detail, which provides a promising insight for energy storage devices.
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