Ion Selective and Water Resistant Cellulose Nanofiber/MXene Membrane Enabled Cycling Zn Anode at High Currents

材料科学 阳极 法拉第效率 化学工程 电解质 纳米纤维 储能 无机化学 电极 纳米技术 冶金 化学 物理 工程类 量子力学 物理化学 功率(物理) 生物化学
作者
Wangwang Xu,Xiaobin Liao,Weina Xu,Kangning Zhao,Guang Yao,Qinglin Wu
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:13 (14) 被引量:79
标识
DOI:10.1002/aenm.202300283
摘要

Abstract Aqueous rechargeable zinc ion batteries (ZIBs) are regarded as a promising candidates for next‐generation energy storage devices but strongly hindered by the limited utilization of the zinc metal anode (below 5%) due to the active water/anion corrosion. Herein, an ion selective and water‐resistant cellulose nanofiber (CNF)/MXene composite membrane has been developed through molecular sieving to restrict active water and anions from the electrode/electrolyte interface through dehydration of zinc ions, avoiding the water/anion‐induced corrosion/decomposition. In this way, the CNF/MXene@Zn anode exhibits significantly enhanced coulombic efficiency (99.5 % at 10 mA cm ‐2 ) and low voltage hysteresis. Moreover, coated with CNF/MXene composite membrane, zinc symmetric batteries can be operated at the extremely high current of 100 mA cm ‐2 and ultra‐high Zn utilization of 88.2% to achieve record‐high cumulative plating capacity of 12 Ah cm ‐2 . Furthermore, the full vanadium dioxide (VO 2 ) |CNF/MXene@Zn batteries exhibit a high capacity of 357 mAh g ‐1 at 2 A g ‐1 and retain 93.3% of the capacity after 500 cycles. Moreover, at negative/ positive capacity (N/P) ratio of 2.8, the CNF/MXene membrane coated zinc is able to stably cycle for 100 cycles, demonstrating the potential for high energy zinc battery. This designed CNF/MXene membrane enables ZIBs as viable energy storage devices for practical applications.
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