Building a High-Concentration Zn2+ Cation Reservoir of Zn Anode for Long-Cycling and High-Efficiency Zinc–Bromine Flow Batteries

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作者
Haichao Huang,Wenwen Cao,Jiayou Ren,Yichan Hu,Junzhi Huang,Chenxi Dong,Lei Wei,Guojin Liang,Hui–Ming Cheng
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:10 (10): 5093-5102 被引量:8
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.5c02492
摘要

Zinc–bromine flow batteries (ZBFBs) are highly competitive for large-scale energy storage due to their safety and low cost. However, unstable Zn 2+ distribution within the inner Helmholtz plane (IHP) of the Zn anode often leads to dendrite growth and severe polarization, especially under high-rate and long-duration conditions. In this work, we introduce MXene nanosheets with strong Zn 2+ cation hosting capability onto carbon felt (MXene@CF), which form a “Zn 2+ reservoir” at the electrode–electrolyte interface, stabilizing the IHP and preventing dendrite formation. The high electric conductivity, low activation energy barrier, and Zn 2+ -enriched IHP of the MXene@CF electrode collectively alleviate the Ohmic polarization, activation polarization, and concentration polarization, respectively, thus reducing overall voltage polarization and improving energy efficiency. ZBFBs with MXene@CF maintain stable cycling for over 1000 h at 20 mAh cm –2 and 20 mA cm –2 with an average energy efficiency of nearly 85%.
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