Diminishing Interfacial Turbulence by Colloid‐Polymer Electrolyte to Stabilize Zinc Ion Flux for Deep‐Cycling Zn Metal Batteries

电解质 材料科学 电化学 水溶液 化学工程 电极 胶体 金属 冶金 化学 物理化学 工程类
作者
Jinqiu Zhou,Lifang Zhang,Mingji Peng,Xi Zhou,Yufeng Cao,Jie Liu,Xiaowei Shen,Chenglin Yan,Tao Qian
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (21) 被引量:126
标识
DOI:10.1002/adma.202200131
摘要

The fluidity of aqueous electrolytes and undesired H2 evolution reaction (HER) can cause severe interfacial turbulence in aqueous Zn metal batteries (ZMBs) at deep cycling with high capacities and current densities, which would further perturb ion flux and aggravate Zn dendrite growth. In this study, a colloid-polymer electrolyte (CPE) with special colloidal phase and suppressed HER is designed to diminish interfacial turbulence and boost deep Zn electrochemistry. Density functional theory calculations confirm that the quantitative migratory barriers of Zn2+ along the transport pathway in CPE demonstrate much smaller fluctuations compared with normal aqueous electrolyte, indicating that CPE can effectively diminish interfacial disturbance. Benefitting from this, the Zn2+ ion flux can be homogenized and deposited evenly on the electrode, which is confirmed by finite element simulation and in situ Raman measurements. Consequently, CPE enables stable operation of Zn//Cu cells even with high capacity (up to 20 mAh cm-2 ) and current density (up to 100 mA cm-2 ) and Zn//Na5 V12 O32 full-cell with N/P ratio as low as 1 (i.e., 100% Zn utilization). It is believed that this strategy opens a brand-new avenue based on CPE toward boosting deep-cycling electrochemistry in ZMBs and even other aqueous energy-storage applications.
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