Tailoring grain boundary stability of zinc-titanium alloy for long-lasting aqueous zinc batteries

晶界 材料科学 成核 金属间化合物 合金 晶间腐蚀 冶金 微观结构 化学工程 腐蚀 沉积(地质) 热力学 工程类 古生物学 物理 生物 沉积物
作者
Yunxiang Zhao,Shan Guo,Manjing Chen,Bingan Lu,Xiaotan Zhang,Shuquan Liang,Jiang Zhou
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1): 7080-7080 被引量:244
标识
DOI:10.1038/s41467-023-42919-7
摘要

The detrimental parasitic reactions and uncontrolled deposition behavior derived from inherently unstable interface have largely impeded the practical application of aqueous zinc batteries. So far, tremendous efforts have been devoted to tailoring interfaces, while stabilization of grain boundaries has received less attention. Here, we demonstrate that preferential distribution of intermetallic compounds at grain boundaries via an alloying strategy can substantially suppress intergranular corrosion. In-depth morphology analysis reveals their thermodynamic stability, ensuring sustainable potency. Furthermore, the hybrid nucleation and growth mode resulting from reduced Gibbs free energy contributes to the spatially uniform distribution of Zn nuclei, promoting the dense Zn deposition. These integrated merits enable a high Zn reversibility of 99.85% for over 4000 cycles, steady charge-discharge at 10 mA cm-2, and impressive cyclability for roughly 3500 cycles in Zn-Ti//NH4V4O10 full cell. Notably, the multi-layer pouch cell of 34 mAh maintains stable cycling for 500 cycles. This work highlights a fundamental understanding of microstructure and motivates the precise tuning of grain boundary characteristics to achieve highly reversible Zn anodes.
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