Breaking Mass Transport Limit for Hydrogen Evolution‐Inhibited and Dendrite‐Free Aqueous Zn Batteries

材料科学 水溶液 枝晶(数学) 极限(数学) 大规模运输 化学工程 纳米技术 化学物理 物理化学 有机化学 工程物理 化学 几何学 工程类 数学分析 数学
作者
Jingmin Zhang,Leo N.Y. Cao,Rongrong Li,Jun Yang,Longwei Li,Kai Yang,Zhong Lin Wang,Xiong Pu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:37 (1): e2410244-e2410244 被引量:35
标识
DOI:10.1002/adma.202410244
摘要

It is commonly accepted that batteries perform better at low current densities below the mass-transport limit, which restricts their current rate and capacity. Here, it is demonstrated that the performance of Zn metal electrodes can be dramatically enhanced at current densities and cut-off capacities exceeding the mass-transport limit by using pulsed-current protocols. These protocols achieve cumulative plating/stripping capacities of 11.0 Ah cm-2 and 3.8 Ah cm-2 at record-high current densities of 80 and 160 mA cm-2, respectively. The study identifies and understands the promoted (002)-textured Zn growth and suppressed hydrogen evolution based on the thermodynamics and kinetics of competing reactions. Furthermore, the over-limiting pulsed-current protocol enables long-life Zn batteries with high mass loading (29 mgcathode cm-2) and high areal capacity (7.9 mAh cm-2), outperforming cells using constant-current protocols at equivalent energy and time costs. The work provides a comprehensive understanding of the current-capacity-performance relationship in Zn plating/stripping and offers an effective strategy for dendrite-free metal batteries that meet practical requirements for high capacity and high current rates.
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