Low‐Concentration Redox‐Electrolytes for High‐Rate and Long‐Life Zinc Metal Batteries

电解质 碘化物 电化学 氧化还原 法拉第效率 无机化学 化学 水溶液中的金属离子 吸附 离子 电极 物理化学 有机化学
作者
Shipeng Wang,Yuwei Zhao,Haiming Lv,Xuanhe Hu,Jun He,Chunyi Zhi,Hongfei Li
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (50): e2207664-e2207664 被引量:95
标识
DOI:10.1002/smll.202207664
摘要

The uncontrolled zinc electrodeposition and side reactions severely limit the power density and lifespan of Zn metal batteries. Herein, the multi-level interface adjustment effect is realized with low-concentration redox-electrolytes (0.2 m KI) additives. The iodide ions adsorbed on the zinc surface significantly suppress water-induced side reactions and by-product formation and enhance the kinetics of zinc deposition. The distribution of relaxation times results reveal that iodide ions can reduce the desolvation energy of hydrated zinc ions and guide the deposition of zinc ions due to their strong nucleophilicity. As a consequence, the Zn||Zn symmetric cell achieves superior cycling stability (>3000 h at 1 mA cm-2, 1 mAh cm-2) accompanied by a uniform deposition and a fast reaction kinetics with a low voltage hysteresis (<30 mV). Additionally, coupled with an activated carbon (AC) cathode, the assembled Zn||AC cell delivers a high-capacity retention of 81.64% after 2000 cycles at 4 A g-1. More importantly, the operando electrochemical UV-vis spectroscopies show that a small number of I3 - can spontaneously react with the dead zinc as well as basic zinc saltsand regenerate iodide ions and zinc ions; thus, the Coulombic efficiency of each charge-discharge process is close to 100%.
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