Dual-functional ionic liquids additive enables dendrite-free Zn anode with ultra-long cycle life over one year

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作者
Yuexian Song,Jiao Wang,Xiaobin Zhong,Yaohui Zhang,Kai Wang,Xu-Huan Guo,Huijuan Guo,Guangping Lei,Hantao Liu,Gongkai Wang,Puguang Ji,Xin Zhang,Umedjon Khalilov,Junfei Liang,Rui Wen
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:665: 711-719 被引量:11
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2024.03.168
摘要

Zn anodes suffer from the formation of uncontrolled dendrites aggravated by the uneven electric field and the insulating by-product accumulation in aqueous zinc-ion batteries (AZIBs). Here, an effective strategy implemented by 1-butyl-3-methylimidazolium hydrogen sulfate (BMIHSO4) additive is proposed to synergistically tune the crystallographic orientation of zinc deposition and suppress the formation of zinc hydroxide sulfate for enhancing the reversibility on Zn anode surface. As a competing cation, BMI+ is proved to preferably adsorb on Zn-electrode compared with H2O molecules, which shields the "tip effect" and inhibits the Zn-deposition agglomerations to inducing the horizontal growth along Zn (002) crystallographic texture. Simultaneously, the protonated BMIHSO4 additives could remove the detrimental OH- in real-time to fundamentally eliminate the accumulation of 6Zn(OH)2·ZnSO4·4H2O and Zn4SO4(OH)6·H2O on Zn anode surface. Consequently, Zn anode exhibits an ultra-long cycling stability of one year (8762 h) at 0.2 mA cm-2/0.2 mAh cm-2, 3600 h at 2 mA cm-2/2 mAh cm-2 with a high plating cumulative capacity of 3.6 Ah cm-2, and a high average Coulombic efficiency of 99.6 % throughout 1000 cycles. This work of regulating Zn deposition texture combined with eliminating notorious by-products could offer a desirable way for stabilizing the Zn-anode/electrolyte interface in AZIBs.
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