Anion-functionalized interfacial layer for stable Zn metal anodes

法拉第效率 材料科学 阳极 电解质 钝化 化学工程 水溶液 金属 图层(电子) 乙醚 水溶液中的金属离子 无机化学 电极 纳米技术 冶金 有机化学 化学 物理化学 工程类
作者
Hefei Fan,Min Li,Erdong Wang
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:103: 107751-107751 被引量:76
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2022.107751
摘要

Zinc metal anodes suffer from severe dendrite growth and parasitic hydrogen evolution in aqueous electrolyte, which impede their practical application. Herein, a negatively charged protection layer combining metal-organic framework (UIO-66-SO3H) and flexible sulfonated poly (ether ether ketone) (SPEEK) binder is introduced on the Zn anode to suppress dendrites and side reactions (denoted as USL-Zn). The USL film with zincophilic –SO3− functional groups uniformizes the Zn2+ flux and guides even Zn deposition. In addition, this protective layer functions as a physical barrier and manipulates the local electrolyte structure to mitigate the hydrogen evolution reaction and passivation on Zn anode surface. As a result, USL-Zn electrodes deliver high cycling stability at various current densities and capacities (700 h at 5 mA cm−2, 5 mAh cm−2 and 300 h at 10 mA cm−2, 10 mAh cm−2), and enable high average Coulombic efficiency of 99.34 % (1 mA cm−2 for 1 h). Moreover, enhanced rate capacity and prolonged lifespan can be attained in Zn//VO2 full cells. This proposed strategy provides insight into the design of SEI layers in aqueous batteries and promotes the potential application of Zn metal batteries.
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