A Universal Superhydrophobic‐Ionophilic Interfacial Strategy for Cycling Stable Aqueous Zinc Metal Electrodes under Low Current Density

材料科学 阳极 过电位 阴极 化学工程 水溶液 电解质 成核 接触角 电化学 电流密度 电极 复合材料 冶金 有机化学 化学 物理化学 工程类 物理 量子力学
作者
Xiaoyun Xu,Songmei Li,Huibo Yan,Juan Du,Shubin Yang,Bin Li
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (12) 被引量:29
标识
DOI:10.1002/adfm.202308661
摘要

Abstract A key challenge to apply aqueous zinc‐metal batteries (AZMBs) as next‐generation energy storage devices is to eliminate the adverse reactions of hydrogen evolution, especially in low current. Here, superhydrophobic and ionophilic artificial solid electrolyte interface (HI‐SEI) on zinc anode is proposed and constructed by enhancing roughness and etching ion channels in universal polysiloxane polymer backbones. The HI‐SEI exhibits superhydrophobicity with high contact angle of 151.5° and ionophilicity with low activation energy of 23.97 kJ mol −1 . Thus, the HI‐SEI isolates Zn metal and solvent water and promotes desolvation kinetics of Zn 2+ . Besides, the HI‐SEI alters the double electric layer structure to form a compact layer hardly any adsorbed solvent water, achieving a small nucleation overpotential of 5 mV and low self‐corrosion current density of 0.95 µA cm −2 . Moreover, a symmetric cell with HI‐SEI@Zn anode has a cycle life of >1330 h at low current of 0.1 mA cm −2 . And a full cell with HI‐SEI@Zn anode and NaV 3 O 8 ‐1.5H 2 O cathode provides long cycle life and low capacity degradation (180 mAh g −1 after 1100 cycles). Hopefully, SEI designs based on such a strategy will be able to improve the low‐current cycling performance of the next‐generation AZMBs.
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