Zincophilic and hydrophobic groups of surfactant-type electrolyte additive enabled stable anode/electrolyte interface toward long-lifespan aqueous zinc ion batteries

电解质 材料科学 肺表面活性物质 阳极 水溶液 离子 无机化学 化学工程 电偶阳极 阴极保护 有机化学 冶金 电极 化学 物理化学 工程类
作者
Xiaoliang Zhang,Lei Chen,Raphael Orenstein,Xiao‐Jie Lu,Chunxia Wang,Meltem Yanılmaz,Mao Peng,Yongchun Dong,Yong Liu,Xiangwu Zhang
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:70: 103500-103500 被引量:62
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2024.103500
摘要

Rechargeable aqueous zinc-ion batteries, while promising in terms of safety, cost-effectiveness, and eco-friendliness, face challenges such as zinc dendrite growth and parasitic reactions at the anode/electrolyte interface. Herein, a low-cost cationic surfactant, dodecyltrimethyl ammonium chloride (DTAC) is deployed as a competitive additive in traditional ZnSO4 electrolyte to stabilize the zinc anode. Firstly, the DTAC additive disrupts the hydrogen bonding network and regulates the solvation structure. Secondly, the DTA+ cations preferentially adsorb onto the anode surface vertically, forming a dodecyl chain hydrophobic layer that suppresses the side reactions. Thirdly, the hydrophobic layer not only elevates the nucleation overpotential of Zn2+ ions but also limits their 2D diffusion at the anode surface, triggering oriented deposition of metal zinc and inhibiting dendrite growth. Leveraging these triple-regulation effects, the Zn//Zn symmetric cell with DTAC additives achieves an ultra-long cycle life of 2000 hours at a current density of 1 mA cm−2 with 1 mAh cm−2. Furthermore, the Zn//MnO2 full cell with DTAC additive demonstrates promising performance, delivering an initial capacity of 149.44 mAh g−1 at 5 A g−1 and retaining 83.02% of its capacity after 2000 cycles. These results underscore the potential of DTAC additives in advancing the industrialization of AZIBs.
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