Multifunctionalized Supramolecular Cyclodextrin Additives Boosting the Durability of Aqueous Zinc-Ion Batteries

材料科学 环糊精 水溶液 电解质 溶剂化 吸附 离子 化学工程 有机化学 冶金 电极 化学 物理化学 工程类
作者
Zhang Zhaolong,Dan Luo,Rongkun Sun,Yizhan Gao,Da Wang,Zhi Li,Xinyuan Kang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (14): 17626-17636 被引量:10
标识
DOI:10.1021/acsami.4c01180
摘要

The poor cycling stability of aqueous zinc-ion batteries hinders their application in large-scale energy storage due to uncontrollable dendrite growth and harmful hydrogen evolution reactions. Here, we designed and synthesized an electrolyte additive, N-methylimidazolium-β-cyclodextrin p-toluenesulfonate (NMI-CDOTS). The cations of NMI-CD+ are more easily adsorbed on the abrupt Zn surface to regulate the deposition of Zn2+ and reduce dendrite generation under the combined action of the unique cavity structure with abundant hydroxyl groups and the electrostatic force. Meanwhile, p-toluenesulfonate (OTS–) is able to change the Zn2+ solvation structure and suppress the hydrogen evolution reaction by the strong interaction of Zn2+ and OTS–. Benefiting from the synergistic role of NMI-CD+ and OTS–, the Zn||Zn symmetric cell exhibits superior cycling performance as high as 3800 h under 1 mA cm–2 and 1 mA h cm–2. The Zn||V2O5 full battery also shows a high specific capacity (198.3 mA h g–1) under 2.0 A g–1 even after 1500 cycles, and its Coulomb efficiency is nearly 100% during the charging and discharging procedure. These multifunctional composite strategies open up possibilities for the commercial application of aqueous zinc-ion batteries.
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