Pure Amorphous and Ultrathin Phosphate Layer with Superior Ionic Conduction for Zinc Anode Protection

材料科学 电解质 无定形固体 化学工程 覆盖层 结晶度 阳极 过电位 纳米技术 电极 电化学 复合材料 化学 有机化学 物理化学 工程类
作者
Junpeng Li,Xiuxiu Yin,Fengxue Duan,Junjie Ba,Mengqi Wu,Kangning Zhao,Ruqian Lian,Chunzhong Wang,Yingjin Wei,Yizhan Wang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:17 (20): 20062-20072 被引量:18
标识
DOI:10.1021/acsnano.3c05640
摘要

Fast and uniform ion transport within the solid electrolyte interphase (SEI) is considered a crucial factor for ensuring the long-term stability of metal electrodes. In this study, we present the fabrication of ultrathin artificial interphases consisting of a zinc phosphate nanofilm with pure amorphous characteristics and a surfactant overlayer. The thickness of the interphases can be precisely controlled within the range of a few tens of nanometers. We explore the impact of artificial SEI structure, including thickness and crystallinity, on its protective capabilities. The pure amorphous phosphate layer with optimized nanoscale thickness is found to provide an abundance of short and isotropic ion migration pathways and a low diffusion energy barrier. These features facilitate rapid and homogeneous Zn2+ transportation, resulting in compact and planar zinc deposition. Meanwhile, the hydrophobic alkyl moieties of the overlayer prevent disassociation of water at the interface. As a result, this nanofilm endures ultralong cycling stability with a low overpotential and enables high Zn plating/stripping reversibility. The Zn||MnO2 full cell shows a stable cycle life for 700 cycles under practical conditions of lean electrolyte, high areal capacity cathode, and limited Zn excess. These findings provide insights into the design and optimization of SEI layers for protection of metal anodes.
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