Highly reversible tin redox chemistry for stable anode-free acidic proton battery

氧化还原 阳极 电池(电) 化学 质子 无机化学 电极 有机化学 物理 物理化学 功率(物理) 量子力学
作者
Zuhao Yu,Qiong Wang,Yating Li,Fengyi Zhang,Xiaohui Ma,Xi Zhang,Yonggang Wang,Jianhang Huang,Yongyao Xia
出处
期刊:Joule [Elsevier]
卷期号:8 (4): 1063-1079 被引量:27
标识
DOI:10.1016/j.joule.2024.03.007
摘要

Non-toxic metallic tin (Sn) possesses high hydrogen overpotential and environmental friendliness, which is favorable for high-performance aqueous batteries. However, the large particle size and irregular deposition morphology of Sn in acidic electrolyte dramatically decrease cycle stability. Here, we demonstrated that the inherent root for above issues is the high exchange current density of Sn/Sn2+ in acidic electrolyte, and two effective approaches were presented (gelatin additives and methanesulfonic acid-based electrolyte). In particular, the methanesulfonic-acid-based electrolyte with unique complexing environment not only improves uniformity of deposited Sn but also suppresses the hydrogen evolution, conferring Sn/Sn2+ with high average Coulombic efficiency of 99.95%. The assembled anode-free organic/Sn battery with lean electrolyte can exert unprecedented stability more than 4,000 cycles. Moreover, a scale-up anode-free battery with 23 mAh capacity sustained more than 1,000 cycles. The findings provide universal strategies to improve the stability of the Sn cycle, marking a solid step toward the practical application.
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