In-depth study on the regulation of electrode interface and solvation structure by hydroxyl chemistry

电解质 溶剂化 法拉第效率 吸附 材料科学 无机化学 化学工程 密度泛函理论 金属 水溶液 分子 强电解质 电极 化学 物理化学 计算化学 有机化学 工程类 冶金
作者
Qiang Hu,Jisong Hu,Lei Li,Qiwen Ran,Yuyao Ji,Xingquan Liu,Jingxin Zhao,Bingang Xu
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:54: 374-381 被引量:74
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2022.10.051
摘要

Suppression of dendrite growth and side reactions for Zn-metal aqueous batteries promotes their promising development in the field of energy storage. Here, four advanced and low-cost additives (1-hexanol (1-Hex), 1,2-hexanediol (1,2-Hex), 1,2,5,6-hexanetetraol (1,2,5,6-Hex) and hexanehexol (Hex)) are introduced into slightly acidic electrolyte to regulate the solvation shell and electrode interface for enhancing the Zn reversibility. Combining with density functional theory (DFT) calculations and experimental characterizations, the differences of four additives in regulating hydrated Zn2+ structure and the adsorption situation of Zn metal/electrolyte interface are investigated at molecular level. Interestingly, the Hex with 6 hydroxyls is demonstrated to be the most effective additive among four additives, as it can form more hydrogen bonds with active H2O molecules and achieve stronger adsorption energy with Zn metal. As a proof of mechanism, the Zn//Ti cell in ZnSO4 with Hex electrolyte delivers a high average Coulombic efficiency (CE) of 99.1% after 650 cycles, which is significantly greater than that of pure ZnSO4 electrolyte. Encouragingly, the Zn//V2O5 cell achieves the excellent stability with the capacity retention of 96.0% after 4000 cycles. The hydroxyl chemistry strategy can be readily generalized to the screening of other electrolyte additives, indicating its practical universality.
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