Kinetics Compensation Mechanism in Cosolvent Electrolyte Strategy for Aqueous Zinc Batteries

化学 电解质 动力学 水溶液 锌 机制(生物学) 无机化学 化学工程 有机化学 物理化学 电极 量子力学 认识论 物理 工程类 哲学
作者
Jianlong Cong,Yueda Wang,Xing Lin,Zhimei Huang,Hua Wang,Jianbo Li,Le Hu,Haiming Hua,Jianxing Huang,Yu‐Chang Lin,Henghui Xu,Zhen Li,Yunhui Huang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:147 (10): 8607-8617 被引量:82
标识
DOI:10.1021/jacs.4c16880
摘要

Aqueous zinc batteries are the ideal choices to realize intrinsically safe energy storage, but parasitic side reactions make it difficult to achieve in practice. Although the cosolvent electrolyte effectively inhibits zinc dendrites and mitigates unexpected side reactions, it brings inevitable kinetics losses. Here, we systematically investigate and compare the interactions between Zn2+ and various oxygen-coordinated cosolvents under pure aqueous environments and the interactions between Zn2+ and OTf– under mixed solvent environments containing different oxygen-coordinated cosolvents. And the differences in the effect of different oxygen-coordinated cosolvents on the solvation structure of Zn2+ and the kinetics of ion migration are quantitatively analyzed and summarized. On this basis, we propose a new kinetics compensation mechanism in cosolvent electrolyte strategy that can compensate the kinetics losses due to the introduction of cosolvents by weakening the anion–cation pair interaction and increasing the Zn2+ transfer number. Theory and experiments both demonstrate that this strategy can achieve kinetics compensation of aqueous zinc batteries while improving the electrochemical performance. This work provides a comprehensive and deep understanding of designing cosolvent electrolytes with superior electrochemical performance. More importantly, the proposed strategy can be applied to other cosolvents with similar properties and other aqueous battery systems.
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