Unraveling the high Energy efficiency for Zn||metal hexacyanoferrate batteries in a zinc-potassium hybrid configuration

过电位 法拉第效率 材料科学 阴极 电解质 离子 电池(电) 扩散 水溶液 无机化学 化学物理 电化学 电极 热力学 物理化学 物理 功率(物理) 有机化学 化学
作者
Donghong Wang,Chuan Li,Qing Li,Hongfei Li,Javed Rehman,Chunyi Zhi,Lei Zhu
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:104: 107990-107990 被引量:41
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2022.107990
摘要

Aqueous zinc batteries suffer from high overpotentials due to the sluggish diffusion of Zn2+ in the host and low potential of the cathode partially owing to the high desolvation energy for the hydrated Zn2+ cations, which lead to the unsatisfactory Energy efficiency although high Coulombic efficiency can be achieved in most cases. Here we achieved a high Energy efficiency up to 89% for the energy storage of Zn2+ ions through selecting cathode with stable frameworks and suitable tunnels. Furthermore, through screening different metal ions, K+ ion stands out due to its weak hydration structure and smallest charge/radius ratio. The overpotential for both Zn2+ and K+ ions were researched, and the dominated factor is the small diffusion barrier of charge carriers in the selected cathode structure. Based on the pre-built cathode and screened charge carrier of K+, a high discharge voltage plateau around 1.9 V was obtained, with a small overpotential (< 0.12 V), thus an extraordinary Energy efficiency around 93% that is almost irrelevant to the current density was obtained. We wish our research can arouse attention of community on Energy efficiency of aqueous electrolyte batteries.
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