3D hierarchically fractal structure stabilized anode for achieving long-term cycle life of aqueous Zn-ion batteries

阳极 材料科学 分形 化学工程 水溶液 离子 期限(时间) 电极 化学 冶金 物理 数学 有机化学 物理化学 数学分析 工程类 量子力学
作者
Mengxuan Sun,Yongxiu Sun,Nengze Wang,Lei Hu,Xiaohe Ren,Chunyang Jia,Zhijie Li
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:656: 440-449 被引量:5
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2023.11.117
摘要

The cycling stability of aqueous Zn-ion battery (AZIB) is a serious issue for their successful application, mainly due to the considerable growth of Zn dendrites and the existence of side effects during operation. Herein, the hierarchically three-dimensional (3D) fractal structure of the ZnO/Zn/CuxO@Cu (ZZCC) anode is prepared by a two-step process, where CuxO nanowires are prepared on Cu foam by thermal oxidation method and Zn layer and ZnO surface are formed by plating. This fractal structure increases the electrodynamic surfaces and reduces the local current density, which can regulate Zn plating and inhibit dendritic growth and side effects. Apparently, the symmetric ZZCC-based cell shows a long-term operation time of 3000 h at 1 mA cm−2 with 1 mAh cm−2, and an operation time of more than 1000 h with a discharge depth of 15.94%. Compared with the bare Zn foil anode, the AZIB assembled with the composite of Mn-doped vanadium oxide and reduced graphene oxide cathode and ZZCC anode (MnVO@rGO//ZZCC) exhibits significantly improved cyclability (i.e. with 88.5% capacity retention) and achieves a Coulomb efficiency of 99.4% at 2 A g-1. This hierarchically 3D structure strategy to design anodes with superior cyclic stability contributes to the next generation of secure energy.
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