High-energy and dendrite-free solid-state zinc metal battery enabled by a dual-network and water-confinement hydrogel electrolyte

电解质 阳极 电池(电) 材料科学 枝晶(数学) 化学工程 功率密度 化学 电极 冶金 功率(物理) 物理 几何学 数学 物理化学 量子力学 工程类
作者
Zhenglin Li,Guoqiang Zhou,Lei Ye,Jinyu He,Wangwang Xu,Shu Hong,Weimin Chen,Mei‐Chun Li,Chaozheng Liu,Changtong Mei
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:472: 144992-144992 被引量:18
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.144992
摘要

Undesirable side reactions and uncontrollable dendrite growth on zinc anode surface severely restrict the practical applications of the rechargeable zinc-ion batteries (RZIBs). In this work, a lignin-containing cellulose nanofibers (LCNF)-polyacrylamide hydrogel (LPH) electrolyte with a unique dual-network structure and excellent water-retaining property is developed for high-energy and dendrite-free solid-state zinc-ion batteries. Benefiting from these advantages, the activity of water molecule in LPH is limited and the water-induced side reactions are restricted, leading to a significantly widen voltage window. Assembled with LPH electrolyte, the Zn/Zn symmetric cells can maintain a long cycling lifespan of 4000 h at the current density of 0.5 mA cm−2 under 1 mAh cm−2. With LPH electrolyte, Zn/MgVO full batteries delivered a high capacity of 149.2 mAh/g with the capacity retention of 91.9 % after 4000 cycles at 5 A/g. Moreover, with a widened voltage window of 0.2 V to 1.9 V, the full batteries with LPH can deliver a high energy density of 255.4 Wh kg−1 at the power density of 341.7 W kg−1 for over 5000 cycles. This design of LPH electrolyte provides a new insight to stabilize the zinc anode and achieve high energy density for the further development of RZIBs.
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