Non-sacrificial anionic surfactant with high HOMO energy level as a general descriptor for zinc anode

电解质 材料科学 阳极 肺表面活性物质 法拉第效率 电偶阳极 成核 水溶液 分子 吸附 化学工程 无机化学 冶金 阴极保护 物理化学 有机化学 电极 工程类 化学
作者
Tingting Wei,Li’e Mo,Yingke Ren,Hong Zhang,Mingming Wang,Yi He,Peng Tan,Zhaoqian Li,Wei Chen,Linhua Hu
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier]
卷期号:70: 103525-103525 被引量:36
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2024.103525
摘要

Hydrogen evolution and dendrite growth severely plague the implementation of aqueous zinc-ion batteries. The electrolyte regulation strategy is powerful to alleviate the excrescent reactions of the electrolyte to Zn anode. However, there lacks effective electrolyte approaches for regulating stable and reversible Zn plating/stripping chemistry. Herein, we propose a general principle through evaluating the highest occupied molecular orbital (HOMO) energy level of molecules and employ it as a critical descriptor to select non-sacrificial anionic surfactant electrolyte additives for stabilizing Zn anodes. Benefiting from the high HOMO energy level, the excellent coordination and adsorption effects of the non-sacrificial surfactant additive renders the modulated solvation structure and dynamic molecule-enriched layer on the Zn anode, realizing sustainable regulation effect. The optimized electrolyte reduces water activity, uniforms Zn2+ flux, and stabilizes 3D ion diffusion near the anode/electrolyte interface, leading to the inhibited parasitic reactions and homogenous Zn nucleation and growth. Consequently, a stable and reversible Zn anode is obtained, represented by an ultralong cycling lifespan over 3200 h at 2 mA cm−2/2 mAh cm−2 and high coulombic efficiency of 99.75%. This study provides a general guidance for screening optimal electrolyte additives for high-performance aqueous zinc-ion batteries.
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