Triple‐Functional Polyoxovanadate Cluster in Regulating Cathode, Anode, and Electrolyte for Tough Aqueous Zinc‐Ion Battery

阳极 材料科学 阴极 电解质 电池(电) 水溶液 溶解 枝晶(数学) 电化学 无机化学 化学工程 电极 化学 物理化学 量子力学 数学 物理 工程类 功率(物理) 几何学
作者
Kai Yang,Yuanyuan Hu,Tengsheng Zhang,Boya Wang,Jiaxiang Qin,Ningxu Li,Zaiwang Zhao,Jun‐Wei Zhao,Dongliang Chao
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:12 (42) 被引量:123
标识
DOI:10.1002/aenm.202202671
摘要

Abstract Despite a promising outlook due to the intrinsic low cost and high safety, the practical application of aqueous Zn‐ion battery is impeded by the severe mutual problems of cathode dissolution, electrolyte parasitic reactions, and metallic anode dendrite growth. Herein, a triple‐functional strategy is proposed that a polyoxovanadate (POV) cluster of K 10 [V IV 16 V V 18 O 82 ] as a promising Zn 2+ host can concomitantly stabilize the cluster cathode, aqueous electrolyte, and metallic Zn anode. An in situ generated cathode electrolyte interface via anodic oxidation is identified as effective in preventing the dissolution of POV cathode. Molecular dynamics simulation and density functional theory calculation confirm that the [V IV 16 V V 18 O 82 ] 10− polyoxoanions can synergistically suppress electrolyte side reactions by modulating the primary solvation shell of Zn 2+ ‐6H 2 O, and random anode dendrite growth by in situ constructing a stable solid electrolyte interface of Zn‐POV. As a result, the Zn//POV battery exhibits unprecedented cycling durability over 10 000 cycles at high rates of 5 and 12 A g −1 . In a systematic consideration, the findings enlighten the origin of triple‐functional polyoxometalates and will significantly propel the practical development of aqueous batteries.
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