Mechanistic Insights into Dendrite Growth in Aqueous Zinc-Ion Batteries with Trace Propylene Carbonate Electrolyte Additive

枝晶(数学) 电解质 碳酸丙烯酯 阳极 水溶液 相间 化学工程 化学 无机化学 材料科学 电极 碳酸盐 扫描电子显微镜
作者
X. F. Sun,Xiaowen Zhan,Chao Wu,Zhengcheng Gu,Wenjia Han,Hui Zhang,Lingyun Zhu
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:11 (3): 2858-2867
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.5c04147
摘要

Dendrite formation at elevated current densities presents a major challenge for aqueous zinc-ion batteries (AZIBs), necessitating a deep mechanistic understanding. We investigate dendrite growth in Zn symmetric cells under stringent conditions (20 mA cm–2 and 20 mAh cm–2) in a 2 M ZnSO4 electrolyte. Our analysis reveals zinc carbonate and Zn4SO4(OH)6·5H2O in the solid electrolyte interphase (SEI), due to dissolved CO2, initiating dendritic growth and leading to rapid short-circuit within 40 h. In contrast, trace propylene carbonate (PC) stabilizes CO2, promoting a homogeneous, carbonate-free SEI layer and extending cycle life over 420 h. Moreover, cross-sectional electron backscatter diffraction (EBSD) analysis of the failed electrode demonstrates that the Zn dendrites grow with no epitaxial relationship to the substrate. The Zn//MnO2 full cell with PC-modified electrolyte maintains a capacity of 203 mAh g–1 after 1000 cycles at 2 C, elucidating Zn dendrite formation mechanisms and guiding electrolyte and anode optimization for AZIBs.
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