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Ultrathin Mesoporous Ionic Brushes Separator Enables Fast and Durable Zinc‐Metal Aqueous Batteries

材料科学 介孔材料 分离器(采油) 阳极 化学工程 水溶液 法拉第效率 纳米孔 离子键合 溶剂化 电化学 动力学 离子液体 纳米技术 电解质 介孔二氧化硅 无机化学 离子 电极 纳米孔 六氟磷酸盐 电偶阳极 电化学动力学 膜 离子电导率 多硫化物
作者
Yucai Wu,Wanhai Zhou,Hongrun Jin,Gaoyang Li,Xia Wang,Lipeng Wang,Huan Du,Zhihao Sun,Shixiang Ding,Tengsheng Zhang,Junwei Zhang,Fanxing Bu,Zaiwang Zhao,Chao Ye,Wei Li,Dongliang Chao,Dongyuan Zhao
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:38 (16): e23619-e23619 被引量:7
标识
DOI:10.1002/adma.202523619
摘要

ABSTRACT Zinc metal aqueous batteries (ZnABs) emerge as promising candidates for grid‐scale energy storage, yet severe Zn dendrite formation and anode side reactions degrade cycle life and hinder practical application. Herein, we report an ultrathin (27 µm) mesoporous ionic brushes (MiB) separator based on sulfonic grafted ordered mesoporous silica nanosheets for stable ZnABs. The well‐ordered perforative mesopores architecture functions as an ion rectifier that achieves enhanced transfer kinetics and a homogeneous concentration field, thereby promoting dendrite‐free deposition, as verified by in situ digital holography and kinetic analyses. Moreover, ionic brushes confined within nanochannels selectively capture water molecules from the primary solvation shell of Zn 2+ , facilitating desolvation and constructing a localized water‐lean interfacial environment, which effectively suppresses water‐related side reactions, as evidenced by various in situ spectroscopy, electrochemical analyses, and theoretical calculations. Consequently, the MiB separator enables the Zn anode to achieve a high Coulombic efficiency of 99.7%, ultralong lifespan over 4300 h, fast plating kinetics of 20 mA cm −2 , and high Zn utilization rate of 51.6%. Furthermore, Zn‐V 2 O 5 cells achieve perdurable capacity retention of 91.5% after 3500 cycles. This work presents a rational mesoporous separator design that synchronously regulates ion transport and interfacial solvation chemistry for highly reversible ZnABs.
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