Ultra-Stable Aqueous Zinc-Ion Batteries Enabled by Trace Ionic Liquid–Polar Solvent Synergistic Induction of Vertically Oriented (101) Facet Epitaxial Growth

作者
Fenglin Zhang,Die Chen,Li Zhang,Chenxia Zhao,Ming Zhang,Xinyi Li,Ting He,Zimiao Lu,Xiaohong He,Gengpei Xia,Dingyu Yang
出处
期刊:Inventions [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:11 (3): 57-57
标识
DOI:10.3390/inventions11030057
摘要

Aqueous zinc-ion batteries (AZIBs) are promising for grid-scale storage due to their safety, low cost, and environmental benignity. However, water-dipole enrichment in the inner Helmholtz plane (IHP) of Zn anodes triggers hydrogen evolution, corrosion, and dendrites, limiting cycle life. We report a trace “ionic liquid–polar solvent coupling” strategy: adding only 0.01 M EMIMBF4 and 0.03 M DMSO to 2 M ZnSO4 electrolyte. Hydrophobic EMIM+ adsorbs on the IHP to expel interfacial water, while BF4− enters the primary solvation shell and DMSO penetrates both first and second shells of Zn2+, forming a water-deficient coordination environment. This interfacial–solvation synergy suppresses parasitic reactions and directs preferentially oriented Zn deposition exclusively along the (101) facet, enabling dense vertical plating and in situ formation of a compact, inorganic-rich SEI (ZnCO3–ZnSO3–Zn(OH)2). Consequently, Zn||Zn cells cycle stably for >5362 h at 1 mA cm−2/1 mAh cm−2; Zn||Cu cells achieve 1300 cycles with 99.8% average Coulombic efficiency; and Zn||V2O5 full cells retain 326.4 mAh g−1 after 500 cycles. This work shows that minimal additive loading can simultaneously engineer the electrode–electrolyte interface and crystallographic deposition pathway, offering a simple yet robust design for ultra-stable AZIBs.

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