Zn anode surface engineering for stable zinc-ion batteries: Carbon dots incorporated mesoporous TiO2 as a coating layer

材料科学 阳极 过电位 介孔材料 化学工程 图层(电子) 涂层 阴极 成核 水溶液 电极 纳米技术 电化学 冶金 催化作用 化学 有机化学 工程类 物理化学
作者
Tianbing Song,Qianli Ma,Xirong Zhang,Jia‐Wen Ni,Tianle He,Huan‐Ming Xiong
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:471: 144735-144735 被引量:63
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.144735
摘要

Uncontrolled Zn dendrites growth and sustained corrosion originating from severe interfacial reactions are the major shortcomings of Zn metal electrodes in aqueous zinc-ion batteries (ZIBs). In order to overcome these obstacles, we designed a protective coating layer to stabilize the zinc anode and regulate the Zn deposition simultaneously. This hybrid layer (TiO2/NCDs) is constructed by mesoporous TiO2 nanosheets and N-doped carbon dots (NCDs), which is prepared by a solvothermal growth under the control of NCDs. On one hand, the TiO2 layer immobilize water molecules effectively, preventing them from the parasitic reactions with Zn electrodes. On the other, NCDs with abundant functional groups (–OH, –COOH, –NH2) provide the zincophilic nucleation sites to endow a small deposition overpotential of 28 mV and guide Zn deposition into a petal structure. Owing to mesoporous protective coating layer, the Zn-TiO2/NCDs anode presents a low voltage hysteresis of 48 mV and a prolonged cycling lifespan of 1500 h at 5 mA cm−2 and 2.5 mAh cm−2. Moreover, aqueous ZIBs assembled with the Zn-TiO2/NCDs anode and the α-MnO2 cathode show outstanding reversibility and good cycling stability, whose capacity retention is up to 90% after 1000 cycles.
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