Stabilizing Zinc Anode Reactions by Polyethylene Oxide Polymer in Mild Aqueous Electrolytes

材料科学 法拉第效率 聚合物 电解质 电化学 溶解 金属 水溶液 化学工程 无机化学 氧化物 阳极 电极 化学 有机化学 冶金 复合材料 物理化学 工程类
作者
Yan Jin,Kee Sung Han,Yuyan Shao,Maria L. Sushko,Jie Xiao,Huilin Pan
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:30 (43) 被引量:212
标识
DOI:10.1002/adfm.202003932
摘要

Abstract Zn dendrites growth and poor cycling stability are significant challenges for rechargeable aqueous Zn batteries. Zn metal deposition‐dissolution in aqueous electrolytes is typically determined by Zn anode–electrolyte interfaces. In this work, the role of a long‐chain polyethylene oxide (PEO) polymer as a multifunctional electrolyte additive in stabilizing Zn metal anodes is reported. PEO molecules suppress Zn 2+ ion transfer kinetics and regulate Zn 2+ ion concentration in the vicinity of Zn anodes through interactions between ether groups of PEO and Zn 2+ ions. The suppressed Zn 2+ ion transfer kinetics and homogeneous Zn 2+ ion distribution at the interface promotes dendrite‐free homogeneous Zn deposition. In addition, electrochemically inert PEO molecules adsorbed onto Zn anodes can protect the anode surfaces from H 2 generation and, thereby, enhance their electrochemical stability. Stable cycling over 3000 h and high reversibility (Coulombic efficiency > 99.5%) of Zn anodes is demonstrated in 1 m ZnSO 4 electrolyte with 0.5 wt% PEO. This finding provides helpful insights into the mechanism of Zn metal anodes stabilization by low‐cost multifunctional polymer electrolyte additives that stabilize interfacial reactions.
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