Highly Strengthened and Toughened Zn–Li–Mn Alloys as Long‐Cycling Life and Dendrite‐Free Zn Anode for Aqueous Zinc‐Ion Batteries

材料科学 阳极 枝晶(数学) 过电位 钝化 化学工程 电解质 合金 水溶液 电化学 电极 冶金 纳米技术 化学 物理化学 几何学 数学 图层(电子) 工程类
作者
Yanyi Zhang,Xinxin Yang,Yixuan Hu,Kailong Hu,Xi Lin,Xingjun Liu,Kolan Madhav Reddy,Guoqiang Xie,Hua‐Jun Qiu
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:18 (17) 被引量:32
标识
DOI:10.1002/smll.202200787
摘要

Zn-ion batteries (ZIBs) using aqueous electrolyte, recently, have been a hot topic owing to the high safety, low cost, and high specific energy capacity. However, the formation of dendrite and side reactions on the Zn anode during cycling inhibit the application of ZIBs. An advanced Zn anode by alloying a small amount of Li and Mn with Zn is hereby reported. It is found that Li and Mn can form cationic ions which restrain lateral diffusion of Zn ions and regulate zinc electrodeposition through the electrostatic shield mechanism. As a result, the formation of Zn dendrite is greatly inhibited. This process also mitigates the formation of Zn-based byproduct and Zn passivation. Consequently, the symmetric ZnLiMn/ZnLiMn cell presents a small overpotential of 30 mV at 1 mA cm-2 , greatly enhanced cycling durability (1000 h at a current density of 1 mA cm-2 ), and a dendrite-free morphology after cycles. Moreover, the authors find that the ZnLiMn alloy has greatly enhanced mechanical properties. The assembled ZnLiMn/MnO2 full cell can retain 96% capacity after 400 cycles at 1 C. Thus, the alloying low-cost Li/Mn strategy is very promising for large-scale production of dendrite-free Zn electrode in rechargeable ZIBs.
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