Kinetics‐Matched Electrode Design for Zn‐Metal Free Zinc Ion Batteries with High Energy Density and Stabilities

材料科学 阳极 电极 阴极 动力学 离子 化学工程 无机化学 冶金 物理化学 有机化学 化学 物理 量子力学 工程类
作者
Jiahe Zhang,Chengqian Zhang,Shouhang Cui,Xiaojun Zhang,Ke Wang,Yihe Zhang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (45) 被引量:6
标识
DOI:10.1002/adfm.202407120
摘要

Abstract The metal‐free rocking chair type Zn‐ion batteries (ZIBs) provide a promising approach toward the promotion of the Zn‐based batteries by circumventing the challenges including dendrite growth, hydrogen evolution reaction (HER), and surface corrosion. In order to sufficiently exploit the available capacity of this metal‐free batteries, it is necessary to effectively enhance the sluggish reaction kinetics of divalent zinc ions. Equally important is to achieve a balance in the kinetics between cathode and anode. Here, hetero‐valent doping and oxygen vacancy engineering are employed to effectively enhance the reaction dynamics of V 2 O 5 cathodes and MoO 3 anodes. Moreover, to the best of the knowledge, for the first time, the strategy of kinetics matching between the two electrodes is applied to the construction of rocking‐chair zinc ion batteries, enabling the cathode and anode to share similar zinc ion migration rates, and achieving a high energy density of up to 58.7 Wh kg −1 (based on the total electrode mass) as well as excellent cycling stability (90% after 500 cycles). This work demonstrates the importance of kinetics matching in zinc‐ion full‐cell performance and pave a benefitable avenue to for the pursuit of advanced multi‐valent metal‐ion batteries.

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