Stable Zinc Anodes Enabled by Zincophilic Cu Nanowire Networks

纳米线 材料科学 阳极 纳米技术 电极 冶金 化学 物理化学
作者
Shiyin Xie,Li Yang,Li Xu,Yujun Zhou,Ziqi Dang,Jianhua Rong,Liubing Dong
出处
期刊:Nano-micro Letters [Springer Science+Business Media]
卷期号:14 (1) 被引量:150
标识
DOI:10.1007/s40820-021-00783-4
摘要

Abstract Zn-based electrochemical energy storage (EES) systems have received tremendous attention in recent years, but their zinc anodes are seriously plagued by the issues of zinc dendrite and side reactions (e.g., corrosion and hydrogen evolution). Herein, we report a novel strategy of employing zincophilic Cu nanowire networks to stabilize zinc anodes from multiple aspects. According to experimental results, COMSOL simulation and density functional theory calculations, the Cu nanowire networks covering on zinc anode surface not only homogenize the surface electric field and Zn 2+ concentration field, but also inhibit side reactions through their hydrophobic feature. Meanwhile, facets and edge sites of the Cu nanowires, especially the latter ones, are revealed to be highly zincophilic to induce uniform zinc nucleation/deposition. Consequently, the Cu nanowire networks-protected zinc anodes exhibit an ultralong cycle life of over 2800 h and also can continuously operate for hundreds of hours even at very large charge/discharge currents and areal capacities (e.g., 10 mA cm −2 and 5 mAh cm −2 ), remarkably superior to bare zinc anodes and most of currently reported zinc anodes, thereby enabling Zn-based EES devices to possess high capacity, 16,000-cycle lifespan and rapid charge/discharge ability. This work provides new thoughts to realize long-life and high-rate zinc anodes.
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