Tetrahydrofuran stabilizing aqueous zinc ion batteries through adsorption and hydrogen bonding modulation

四氢呋喃 吸附 水溶液 法拉第效率 电解质 容量损失 电池(电) 化学 无机化学 电化学 阳极 化学工程 电极 有机化学 物理化学 热力学 功率(物理) 工程类 物理 溶剂
作者
Jianjie Qiang,Weijian Yu,Yuxuan Zhao,Li Zhang,Yelei Chen,Zifan Gao,Yizhou An,Shiru Le,Yachun Mao,Guangyu Zhao
出处
期刊:Electrochimica Acta [Elsevier BV]
卷期号:481: 143929-143929 被引量:14
标识
DOI:10.1016/j.electacta.2024.143929
摘要

Aqueous zinc ion batteries (AZIB) are considered to be one of the most powerful substitutes for the next generation of energy storage devices due to their high theoretical specific capacity, high safety, and low cost. However, AZIB is limited by Zn dendrites and side reactions during cycling, resulting in low coulombic efficiency and poor cycle stability. In this study, 5 % tetrahydrofuran (THF) was introduced into 2 M ZnSO4 electrolyte as an electrolyte additive to improve the AZIB performance. Differential capacitance fitting, theoretical calculation and XRD tests show that THF can adsorb on the surface of Zn anodes to regulate the crystal orientation of Zn metal. Raman and FTIR tests show that THF can also inhibit dendrite growth and side reactions by destroying the hydrogen bond network in electrolyte. Therefore, the THF leads to a stable cycle of over 5300 h at a discharge regime of 1 mA cm−2, 0.5 mAh cm−2 and over 950 h at a higher current density and area capacity of 2 mA cm−2, 2 mAh cm−2. Furthermore, the capacity retention rate of δ-MnO2||Zn full battery reaches 93.63% after 1000 cycles under a current density of 1 A g−1, significantly higher than the 70.55% without THF addition. This strategy provides a simple and low-cost method to solve the common issues of AZIBs.
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