Horizontally arranged zinc platelet electrodeposits modulated by fluorinated covalent organic framework film for high-rate and durable aqueous zinc ion batteries

材料科学 电解质 腐蚀 化学工程 水溶液 离子 涂层 纳米技术 电极 化学 冶金 复合材料 有机化学 工程类 物理化学
作者
Zedong Zhao,Rong Wang,Chengxin Peng,Wuji Chen,Ting-Yi Wu,Bo Hu,Weijun Weng,Ying Yao,Jiaxi Zeng,Zhihong Chen,Peiying Liu,Yicheng Liu,Guisheng Li,Jia Guo,Hongbin Lu,Zaiping Guo
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:12 (1) 被引量:331
标识
DOI:10.1038/s41467-021-26947-9
摘要

Rechargeable aqueous zinc-ion batteries (RZIBs) provide a promising complementarity to the existing lithium-ion batteries due to their low cost, non-toxicity and intrinsic safety. However, Zn anodes suffer from zinc dendrite growth and electrolyte corrosion, resulting in poor reversibility. Here, we develop an ultrathin, fluorinated two-dimensional porous covalent organic framework (FCOF) film as a protective layer on the Zn surface. The strong interaction between fluorine (F) in FCOF and Zn reduces the surface energy of the Zn (002) crystal plane, enabling the preferred growth of (002) planes during the electrodeposition process. As a result, Zn deposits show horizontally arranged platelet morphology with (002) orientations preferred. Furthermore, F-containing nanochannels facilitate ion transport and prevent electrolyte penetration for improving corrosion resistance. The FCOF@Zn symmetric cells achieve stability for over 750 h at an ultrahigh current density of 40 mA cm-2. The high-areal-capacity full cells demonstrate hundreds of cycles under high Zn utilization conditions.
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