A Multifunctional Artificial Interphase with Fluorine‐Doped Amorphous Carbon layer for Ultra‐Stable Zn Anode

材料科学 法拉第效率 阳极 化学工程 无定形固体 原子层沉积 涂层 图层(电子) 电极 纳米技术 冶金 有机化学 化学 物理化学 工程类
作者
Han Wang,Yuejiao Chen,Huaming Yu,Wen Liu,Gui‐Chao Kuang,Lin Mei,Zhibin Wu,Weifeng Wei,Xiaobo Ji,Baihua Qu,Libao Chen
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:32 (43) 被引量:125
标识
DOI:10.1002/adfm.202205600
摘要

Abstract Building an artificial interphase layer for tackling uncontrollable Zn dendrites and serious side reactions is a highly desirable strategy, but it is often hampered by the limited Zn 2+ transport. Here, a stable fluorine‐doped amorphous carbon (CF) artificial layer is constructed on a Cu current collector (CF‐Cu) via facile carbonization treatment of a fluoropolymer coating to realize underlying Zn deposition. As evidenced experimentally and theoretically, this inorganic CF layer with ionic conductivity and electronic insulation successfully triggers dendrite‐free Zn deposition at the CF‐Cu interface with preferred Zn(002) crystal plane stacking parallel to the substrate surface, thus greatly promoting the inhibition of Zn‐dendrites and blocking of interfacial side reactions. The introduced fluorine atoms as abundant zincophilic sites play an important role in driving fast zinc‐ion transfer kinetics, which can partly convert into ZnF 2 as an artificial solid Zn 2+ conductor to further guide uniform Zn deposition. Consequently, the CF‐Cu electrode enables high reversibility with 99% coulombic efficiency and a long cycling stability of 1900 cycles at 2 mA cm –2 . The integrated CF‐Cu@Zn anode achieves up to 2200 h cycles with a low voltage polarization. This study provides inspiration for the design of artificial interphase layers for stable nondendritic metal batteries.
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