Stabilizing the Anode and Cathode Interface Synchronously via Electrolyte-Triggered Hydrogel Interphase for Zinc Metal Batteries

阳极 阴极 相间 法拉第效率 材料科学 电解质 电极 化学工程 溶解 双层 水溶液 金属 锌 电流密度 储能 双金属片 纳米技术 电化学
作者
Xinze Cai,Xin Li,Jiahui Liang,Jiazhen Qiu,Wenkuo Lin,Chunlong Dai,Zifeng Lin,Jiangqi Zhao
出处
期刊:Nano-micro Letters [Springer Science+Business Media]
卷期号:18 (1): 206-206 被引量:10
标识
DOI:10.1007/s40820-025-02051-1
摘要

Abstract The advancement of aqueous zinc metal batteries (ZMBs) is constrained by intrinsic interfacial issues in aqueous electrolyte systems. Here, using numerical simulation, we decipher the multi-scale causes of interfacial instability, elucidating the synergistic effect of macroscopic ineffective regions and microscopic passivation. Based on the analysis, we develop an electrolyte-triggered interphase construction strategy to resolve the interfacial failure. This strategy couples the in situ formation of hydrogel interphase on both the anode and cathode with the electrolyte filling process, thereby (1) facilitating contact between electrodes and the separator; (2) promoting anode reversibility through inducing a bilayer SEI that enhances Zn 2+ desolvation kinetics and blocks electron tunneling; (3) ensuring long-term cathode cycling stability via restricting the irreversible dissolution of MnO 2 and side-reactions. The resultant Zn metal anode exhibited a near-unity Coulombic efficiency (99.5%) for Zn plating/stripping at an extremely low current density of 0.1 mA cm −2 and the Zn/MnO 2 full cell sustained 2000 full-duty-cycles with an exceptionally low decay rate of 0.0051% per-cycle. This work unlocks an alternative angle for promoting practical ZMBs toward more sustainable energy storage systems.
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