Atomic layer-deposited nucleation layers to control zinc morphology and suppress hydrogen evolution

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作者
Ajay Ravi,Sanzeeda Baig Shuchi,Guangxia Feng,Y W Li,Pu Zhang,J W Li,Tzu‐Ling Liu,Giulio D’Acunto,Angela Cai,T Li,Kenzie M. Sanroman Gutierrez,Zaichun Liu,Yì Wáng,Ge Zhang,Jun Ho Lee,Junyoung Lee,Xueer Xu,Xun Guan,Xueli Zheng,Stacey F. Bent
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:123 (22)
标识
DOI:10.1073/pnas.2533390123
摘要

Aqueous zinc (Zn) batteries are among the most promising candidates for safe, low-cost, and sustainable grid-scale energy storage. However, their practical application is significantly constrained by inhomogeneous Zn electrodeposition and the competitive hydrogen evolution reaction (HER). Here, we introduce an electrodeposition architecture to mitigate these challenges. Using atomic layer deposition, we coat the copper current collector with ZnO and Al 2 O 3 nanofilms—positioned below the plated Zn. Our strategy marks a significant departure from previous works in which thin films are situated above Zn foil to function as artificial solid electrolyte interphases. Notably, we achieve substantial performance improvements with our 2-nm-thick ZnO coatings, including long cycle life (>1,400 cycles) and high Coulombic efficiencies (>99.8%). Our mechanistic investigation suggests that these improvements arise from HER suppression and controlled Zn morphology. This work offers an interface engineering approach to fundamentally understand Zn nucleation and growth processes. We anticipate that our electrodeposition architecture could be applied to enhance the cyclability of other aqueous battery systems.
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