Parallel zinc deposition enabled by diethylene triaminepentaacetic acid induced interfacial complex for dendrite-free zinc metal anode

材料科学 枝晶(数学) 阳极 沉积(地质) 金属 电偶阳极 无机化学 化学工程 冶金 物理化学 电极 阴极保护 化学 古生物学 几何学 工程类 生物 数学 沉积物
作者
Hanning Zhang,Tao Shui,Wei Zhang,ZhengMing Sun
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:71: 103595-103595 被引量:18
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2024.103595
摘要

Given the high safety, cost-effectiveness, and volumetric capacity, aqueous zinc-ion batteries (ZIBs) constitute a promising energy system, but the severe side reactions and dendrite growth at the anode/electrolyte interface limited ZIBs from large-scale utilization. Here, we proposed a facile strategy to stabilize the anode/electrolyte interface and enhance the reversibility of the zinc plating/stripping via additive engineering. A trace amount of the diethylene triaminepentaacetic acid (DTPA, 3 mM) was employed as an additive, which spontaneously adsorbed onto the Zn anode, and in-situ formed a complex interlayer. This interlayer effectively shielded the water molecules, leading to a superior anti-corrosion property, facilitating the desolvation and diffusion of Zn2+, and inducing the Zn (002) oriented deposition. As a result, outstanding durability was achieved at ultrahigh current density (3000 cycles at 100 mA·cm−2) and relatively high depth of discharge (140 h at 5 mA·cm−2, 85% DOD) in the Zn||Zn symmetric cell. Superior cyclability was also observed in the coin cell (1000 cycles at 5 A·g−1) and pouch cell (500 cycles at 1 A·g−1) with an NH4V4O10 cathode. Furthermore, the formation of complex molecule clusters was elucidated via in-situ Raman and the "bowl" morphologies are firstly visualized by SEM and AFM. These morphologies enable the rapid trapping of Zn2+oriented Zn deposition in the hollow area. We believe this work provides a novel strategy for long-term ZIB designs and offers new insights into the mechanisms for regulating zinc-oriented-deposition behavior at the molecular scale.
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