Enhanced Ion Transport Through Mesopores Engineered with Additional Adsorption of Layered Double Hydroxides Array in Alkaline Flow Batteries

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作者
Pengfei Wang,Kun Zhang,Hao Li,Jing Hu,Menglian Zheng
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (23) 被引量:13
标识
DOI:10.1002/smll.202308791
摘要

Abstract Efficient mass transfer in electrodes is essential for the electrochemical processes of battery charge and discharge, especially at high rates and capacities. This study introduces a 3D electrode design featuring layered double hydroxides (LDHs) nanosheets array grown in situ on a carbon felt surface for flow batteries. The mesoporous structure and surface characteristic of LDH nanosheets, especially, the hydroxyl groups forming a unique “H‐bonding‐like” geometry with ferrous cyanide ions, facilitate efficient adsorption and ion transport. Thus, the designed LDHs electrode enables the alkaline zinc‐iron flow battery to maintain a voltage efficiency of 81.6% at an ultra‐high current density of 320 mA cm −2 , surpassing the values reported in previous studies. The energy efficiency remains above 84% after 375 cycles at a current density of 240 mA cm −2 . Molecular dynamics simulations verify the enhanced adsorption effect of LDH materials on active ions, thus facilitating ion transport in the battery. This study provides a novel approach to improve mass transport in electrodes for alkaline flow batteries and other energy storage devices.
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