Working mechanism of MXene as the anode protection layer of aqueous zinc-ion batteries

阳极 吸附 水溶液 化学 密度泛函理论 枝晶(数学) 化学工程 电偶阳极 卤素 表面改性 功能群 材料科学 扩散 无机化学 纳米技术 物理化学 计算化学 有机化学 电极 烷基 几何学 数学 物理 工程类 热力学 阴极保护 聚合物
作者
Haoran Luo,Jizhou Jiang,Arramel Arramel,Meng Li,Kuan Sun,Yujie Zheng
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:654: 289-299 被引量:35
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2023.10.029
摘要

In recent years, the research on intrinsically safe aqueous zinc-ion batteries (AZIBs) has gained significant attention. However, the commercialization of AZIBs is hindered because of the formation of dendrites in them and undesired hydrogen evolution reaction (HER) at their anode. MXene is a promising two-dimensional material that can inhibit dendrite growth and undesired HER at the anode when used as a protective layer for the anode in AZIBs. MXene's surface functional groups play a crucial role in this protective function. However, the working mechanisms of these surface functional groups have not been thoroughly understood. Based on first-principles calculations and molecular dynamics simulation, we investigated the mechanisms of MXene with nine surface functional groups, including oxygen and halogen elements, as an anode protection layer. We checked their structural stability, electronic structure, adsorption energy, HER reaction free energy, Zn2+ diffusion energy barriers, coordination number of Zn2+- H2O and diffusion coefficients of Zn2+. The MXene species with -S and -O functional groups exhibit good electrical conductivity and greatly adsorb Zn2+. Conversely, MXene species with halogen-functional groups significantly inhibit HER reactions. MXene materials with -Se functional group have the best desolvation effect (ΔCN = 0.31), while those with -I end group have the fastest ability to diffuse zinc ion. This research provides a theoretical guidance for the design of MXene based anode protection layers, which can help to develop dendrite-free and low side-reaction AZIBs.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
ergatoid发布了新的文献求助30
刚刚
无花果应助youxiaotong采纳,获得10
1秒前
风的味道发布了新的文献求助10
1秒前
冯好运完成签到,获得积分10
1秒前
XY完成签到,获得积分10
1秒前
1秒前
2秒前
年轻的问兰完成签到,获得积分10
2秒前
2秒前
Jasper应助科研小菜鸡采纳,获得10
2秒前
3秒前
3秒前
3秒前
搜集达人应助夕荀采纳,获得10
3秒前
流浪完成签到,获得积分10
3秒前
pfangjin发布了新的文献求助10
4秒前
4秒前
zyl完成签到 ,获得积分10
5秒前
5秒前
5秒前
科研通AI5应助cwj采纳,获得30
6秒前
permanent发布了新的文献求助10
7秒前
彭于晏应助xiaojin采纳,获得10
7秒前
施天问发布了新的文献求助10
8秒前
8秒前
王王飞发布了新的文献求助10
8秒前
8秒前
8秒前
热心烙完成签到,获得积分10
8秒前
9秒前
可爱的函函应助wangyuchen采纳,获得10
9秒前
xhm发布了新的文献求助10
9秒前
小小怪发布了新的文献求助10
9秒前
王星星发布了新的文献求助150
10秒前
11秒前
11秒前
zlx完成签到 ,获得积分10
11秒前
11秒前
11秒前
12秒前
高分求助中
Mass producing individuality 600
Algorithmic Mathematics in Machine Learning 500
Разработка метода ускоренного контроля качества электрохромных устройств 500
Advances in Underwater Acoustics, Structural Acoustics, and Computational Methodologies 300
P. J. Flory: "Principles of Polymer Chemistry" Cornell Univ. 1953 200
Information Security and Cryptology Inscrypt 2024 Part I 200
The Physical Oceanography of the Arctic Mediterranean Sea 200
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 物理 生物化学 纳米技术 计算机科学 化学工程 内科学 复合材料 物理化学 电极 遗传学 量子力学 基因 冶金 催化作用
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3827847
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 3369989
关于积分的说明 10460568
捐赠科研通 3089839
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1700055
邀请新用户注册赠送积分活动 817656
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 770325