A New Metalgel Current Collector for Simultaneous Rapid and Stable Zinc Electrochemistry

过电位 材料科学 阳极 电化学 枝晶(数学) 化学工程 电流密度 集电器 金属 电极 电化学动力学 合金 动力学 无机化学 电流(流体) 电化学电位 聚合物 纳米技术
作者
Fangyan Li,Er He,Yiding Jiao,Shuo Yang,Jiacheng Wang,H. Wang,Xu Liu,Xusong Li,Hanting Zhang,Yuanzhen Wang,Yiran Li,Kuangyi Zou,Ye Zhang
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:22 (15): e14260-e14260
标识
DOI:10.1002/smll.202514260
摘要

Achieving both high-rate capability and long-term cycling stability in zinc anode remains challenging due to the fundamental trade-off. Fast kinetics require maximum interfacial area for charge transfer, while stability demands minimal zinc/electrolyte contact to suppress parasitic reactions and dendrite growth. However, in previous studies, zinc deposited at the electrode/electrolyte interface, leading to limited lifetimes (≤ 1200 h at a utilization ratio of ≥ 60%) and high overpotentials (≥ 480 mV at 50 mA·cm-2). Here, we design a new metalgel current collector to effectively resolve the above limitation. The metalgel comprises a biphasic gallium-indium-zinc continuum immobilized within a 3D polymer network, establishing both ion and electron conduction pathways that maximize the electrochemically active interface. The biphasic gallium-indium-zinc contains solid metallic zinc dispersed within the liquid gallium-indium-zinc alloy phase, enabling inward zinc deposition/stripping via a reversible dissolution-precipitation alloying process. This inward-deposition/stripping minimizes zinc/electrolyte contact and suppresses parasitic reactions and dendrite formation, enabling zinc anodes to achieve over 4300 h of stable cycling at 80% zinc utilization ratio and maintain only 156.6 mV overpotential at an ultrahigh current density of 100 mA·cm-2. By decoupling interfacial kinetics from interfacial instabilities, this work presents a new paradigm for high-performance metal batteries.
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