A chelation process by an amino alcohol electrolyte additive to capture Zn2+ and realize parallel Zn deposition for aqueous Zn batteries

螯合作用 材料科学 水溶液 电解质 沉积(地质) 无机化学 化学工程 过程(计算) 冶金 有机化学 化学 物理化学 电极 计算机科学 古生物学 沉积物 工程类 生物 操作系统
作者
Kuo Wang,Tong Qiu,Lin Lu,Hongtu Zhan,Xiaoxia Liu,Xiaoqi Sun
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:70: 103516-103516 被引量:49
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2024.103516
摘要

Zn anode experiences dendrite issues in aqueous Zn batteries. They result from uneven Zn2+ flux and Sand behavior depending on the current density. Herein, the amino alcohol of 2,2′,2′'-nitrilotriethanol (NTE) additive with chelation ability is introduced to achieve stable and parallel Zn deposition. NTE preferentially adsorbs on Zn surface, which chelates with Zn2+ at interface upon geometry transformation. It not only homogenizes Zn2+ flux to inhibit dendrites at low current densities, but also supply sufficient Zn2+ to delay Sand behavior at high current densities. Parallel growth of Zn hexagonal plates is realized. Thus, Zn plating/stripping in symmetric cells at 10 mA cm−2 reaches >1600 h cycle life with the addition of 2.5% NTE in the ZnSO4 electrolyte, corresponding to a high cumulative plated capacity of 8.5 Ah cm−2. At the conditions of 5°C or 70% depth of discharge, the lifespans of symmetric cells also extend to 6977 hours and 230 hours, respectively. In anode free full cells, a Zn2+ pre-inserted V6O13·H2O cathode retains 250 mAh g−1 capacity after 300 cycles at 6 A g−1, superior to 83 mAh g−1 with NTE free electrolyte.
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