Toward Ultrahigh‐Capacity Aqueous Zinc‐Metal Batteries: Synergistic Engineering of a Cu‐Doped Bi 2 Te 3 Cathode and an NH 4 Cl‐Modified Electrolyte

阴极 电解质 电化学 材料科学 水溶液 无机化学 掺杂剂 金属 吸附 化学工程 氧化还原 离子 氢气储存 过渡金属 阳极 纳米技术 Atom(片上系统) 电化学窗口
作者
Liang Chen,Hanglu Shi,Runhong Li,Yuhang Yin,Jinyuan Huang,Shumin Zhang,Haijiao Xie
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (31)
标识
DOI:10.1002/adfm.202530121
摘要

ABSTRACT Electrolyte engineering mainly focuses on improving the Zn‐metal anode, which reduces dendrites and the hydrogen evolution reaction. However, optimizing electrolytes for high‐performance cathodes remains underexplored. This imbalance directly limits full‐cell performance from meeting commercial standards. This study employs a copper‐doped Bi 2 Te 3 (Cu x Bi 2‐ x Te 3 ) cathode combined with an NH 4 Cl‐modified electrolyte to achieve high‐performance aqueous Zn‐metal batteries. In this co‐engineering approach, the Cu dopant manipulates the electronic structure of the Te atom and increases Cl − adsorption energy. Meanwhile, the NH 4 Cl additive efficiently regulates the electrochemical behaviors of Cu x Bi 2‐ x Te 3 cathode. Systematic electrochemical analysis shows that NH 4 Cl additive possesses two key roles: (1) introducing NH 4 ⁺ storage along with Zn 2 ⁺/H⁺ insertion, and (2) activation of reversible Te 2− /Te 4+ redox chemistry through Cl–mediated coordination. Consequently, the Cu x Bi 2‐ x Te 3 cathode achieves an ultra‐high specific capacity of 811.9 mA h g −1 at 0.5 A g −1 –surpassing most reported metal chalcogenide‐based cathodes. By bridging cathode design and electrolyte modulation, this work demonstrates a universal potential strategy for developing high‐energy, durable aqueous batteries, with implications extending to other multivalent ion storage systems.
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