Synergistic Regulation of Interfacial Active Water and Zn Ion Flux for Achieving a Highly Reversible Zn Anode

作者
Han Tang,Ziying You,Hongyu Luo,Yuqiang Pi,Lu Wu,Feiyang Chao,Yu Liu,Bojie Zhou,Gongtao Yu,Zhaoyang Wang,Jianguo Sun
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:14 (17): 8284-8294 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.6c00475
摘要

The deleterious side reactions, uncontrollable dendrite growth, and surface passivation on the Zn anode prevent the further practical application of aqueous Zn-ion batteries (AZIBs). Herein, an alumina-based interface protective layer designed on the Zn anode realizes long cycle life and dendrite-free AZIBs. It theoretically and experimentally demonstrates that terminal oxygen and aluminum atoms can reduce the desolvation energy of Zn(H 2 O) 6 2+ and improve the transport kinetics of Zn 2+ at the interface. The stacked alumina particles in the protective layer can “attract-lock” the active water molecules and efficiently inhibit the side reactions on the Zn anode. Besides, the designed protective layer induces uniform electrolyte flux and facilitates bottom-up, uniform deposition of Zn 2+ . Based on the multiple optimization effects, an exceptionally high stability exceeding 4000 h with a cumulative plated capacity of 10 Ah cm –2 is achieved in a symmetrical cell. When the modified Zn anode is assembled with the manganese oxides, the electrochemical durability of the full battery can be improved from 52.8 to 70.3% after 5000 cycles. This work significantly enhances the cycling stability of the Zn anode and provides a meaningful reference for understanding the optimization mechanism of the artificial interface protective layer for high-performance AZIBs.
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