Synergistic Modulation of Mass Transfer and Parasitic Reactions of Zn Metal Anode via Bioinspired Artificial Protection Layer

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作者
Qianzhi Gou,Zhaoyu Chen,Haoran Luo,Jiangbin Deng,Ben Zhang,Nannan Xu,Junyi Cui,Yi Zheng,Meng Li,Jun Li
出处
期刊:Small [Wiley]
被引量:4
标识
DOI:10.1002/smll.202305902
摘要

Rechargeable aqueous zinc-ion batteries are regarded as promising energy storage devices due to their attractive economic benefits and extraordinary electrochemical performance. However, the sluggish Zn2+ mass transfer behavior and water-induced parasitic reactions that occurred on the anode-electrode interface inevitably restrain their applications. Herein, inspired by the selective permeability and superior stability of plasma membrane, a thin UiO-66 metal-organic framework layer with smart aperture size is ex-situ decorated onto the Zn anode. Experimental characterizations in conjunction with theoretical calculations demonstrate that this bio-inspired layer promotes the de-solvation process of hydrated Zn2+ and reduces the effective contact between the anode and H2 O molecules, thereby boosting Zn2+ deposition kinetics and restraining interfacial parasitic reactions. Hence, the Zn||Zn cells could sustain a long lifespan of 1680 h and the Zn||Cu cells yielded a stable coulombic efficiency of over 99.3% throughout 600 cycles under the assistance of the bio-inspired layer. Moreover, pairing with δ-MnO2 cathode, the full cells also demonstrate prominent cycling stability and rate performance. From the bio-inspired design philosophy, this work provides a novel insight into the development of aqueous batteries.
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