A Dual‐Functional Organic Electrolyte Additive with Regulating Suitable Overpotential for Building Highly Reversible Aqueous Zinc Ion Batteries

过电位 材料科学 电解质 阳极 介电谱 化学工程 溶剂化 电化学 水溶液 电偶阳极 无机化学 离子 电极 化学 有机化学 物理化学 阴极保护 冶金 工程类
作者
Zi-Xiang Liu,Rui Wang,Quanwei Ma,Jiandong Wan,Shilin Zhang,Longhai Zhang,Hongbao Li,Qiquan Luo,Jiang Wu,Tengfei Zhou,Jianfeng Mao,Lin Zhang,Chaofeng Zhang,Zhanhu Guo
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (5) 被引量:275
标识
DOI:10.1002/adfm.202214538
摘要

Abstract Aqueous zinc ion batteries (AZIBs) with high safety, low cost, and eco‐friendliness advantages show great potential in large‐scale energy storage systems. However, their practical application is hindered by low Columbic efficiency and unstable zinc anode resulting from the side reactions and deterioration of zinc dendrites. Herein, tripropylene glycol (TG) is chosen as a dual‐functional organic electrolyte additive to improve the reversibility of AZIBs significantly. Importantly, ab initio molecular dynamics theoretical simulations and experiments such as in situ electrochemical impedance spectroscopy, and synchrotron radiation‐based in situ Fourier transform infrared spectroscopy confirm that TG participates in the solvation sheath of Zn 2+ , regulating overpotential and inhibiting side reactions; meanwhile, TG inhibits the deterioration of dendrites and modifies the direction of zinc deposition by constructing an adsorbed layer on the zinc anode. Consequently, a Zn‐MnO 2 full cell with TG electrolyte exhibited a specific capacity of 124.48 mAh g ‐1 after 1000 cycles at a current density of 4 A g ‐1 . This quantitative regulation for suitable solvation sheath and adsorbed layer on zinc anode, and its easy scalability of the process can be of immediate benefit for the dendrite‐free, high‐performance, and low‐cost energy storage systems.
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