Bifunctional Oxide Additive Enabling High‐Voltage Aqueous Zn/LiCoO 2 Hybrid Batteries

材料科学 双功能 水溶液 氧化物 化学工程 纳米技术 无机化学 催化作用 冶金 物理化学 有机化学 化学 工程类
作者
Rongyu Deng,Ashok S. Menon,Marc Walker,Louis F. J. Piper,Alex W. Robertson,Feixiang Wu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:35 (34) 被引量:8
标识
DOI:10.1002/adfm.202424954
摘要

Abstract The development of aqueous Zn/LiCoO 2 hybrid batteries faces challenges such as poor reversibility, rapid capacity degradation, and severe side reactions in base electrolytes. Herein, this study proposes Al 2 O 3 nanoparticles as a bifunctional additive in the base electrolyte, leading to a novel electrolyte that enhances the interfacial stability between electrolyte and electrode and improves the electrochemical performance. Al 2 O 3 reduces water molecules activity, inhibits the interfacial side reactions, and enhances the reversibility and stability of redox reactions. Molecular dynamics (MD) simulations reveal that Al 2 O 3 modifies the solvation structures of both Li + and Zn 2+ , lowers their de‐solvation energies, thereby improving ionic diffusion coefficients and reaction kinetics. Consequently, symmetric cells achieve a prolonged cycle life with uniform zinc deposition. Zn/LiCoO 2 hybrid cells exhibit excellent rate performance, maintaining 81 mAh g −1 at 0.8 A g −1 and stable cycling over 300 cycles at 0.4 A g −1 within a broadened voltage range of 1.5–2.15 V versus Zn/Zn 2+ . Additionally, these cells demonstrate ultrahigh capacity retention of 98.2% at 0 °C and 87% at a high mass loading of 5 mg cm −2 at 0.4 A g −1 . This study presents a promising additive strategy for enhancing the stability and performance of high‐voltage aqueous hybrid batteries, paving the way for their practical application.
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