A Binary Hydrate‐Melt Electrolyte with Acetate‐Oriented Cross‐Linking Solvation Shells for Stable Zinc Anodes

电解质 法拉第效率 溶剂化 材料科学 无机化学 阳极 水合物 羧酸盐 电化学 水溶液 分子 化学工程 物理化学 电极 化学 有机化学 冶金 工程类
作者
Min Yang,Jiacai Zhu,Songshan Bi,Rui Wang,Zhiqiang Niu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (18) 被引量:162
标识
DOI:10.1002/adma.202201744
摘要

Aqueous zinc-ion batteries (ZIBs) with low cost and high safety are promising energy-storage devices. However, ZIBs with metal Zn anodes usually suffer from low coulombic efficiency and poor cycling performance due to the occurrence of side reactions on the Zn anodes. Here, a binary hydrate-melt ZnCl2 /Zn(OAc)2 electrolyte is designed to suppress the hydrogen evolution reaction and by-product formation on Zn anodes by adjusting the Zn2+ solvation structure. In the solvation structure of the hydrate-melt ZnCl2 /Zn(OAc)2 electrolyte, the carboxylate group in OAc- will coordinate with the Zn2+ , which will weaken the interaction between Zn2+ and H2 O molecules to achieve higher ionization energy of H2 O molecules. Simultaneously, these carboxylate groups of OAc- can serve as H-bond acceptors to construct H-bonds with H2 O molecules in their neighboring solvation structures, forming a cross-linking H-bond network. Such a cross-linking H-bond network further suppresses the water activity in ZnCl2 /Zn(OAc)2 electrolyte. As a result, in such an electrolyte, the side reactions are effectively restricted on Zn anodes and thus Zn anodes can achieve a high coulombic efficiency of 99.59% even after cycling. To illustrate the feasibility of the ZnCl2 /Zn(OAc)2 electrolyte in aqueous ZIBs, Zn||p-chloranil cells are assembled based on the ZnCl2 /Zn(OAc)2 electrolyte. The resultant Zn||p-chloranil cells exhibit enhanced cycling performance compared with the cases with a conventional ZnSO4 electrolyte.
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