In Situ Self‐Reconfiguration Induced Multifunctional Triple‐Gradient Artificial Interfacial Layer toward Long‐Life Zn‐Metal Anodes

材料科学 原位 图层(电子) 阳极 金属 控制重构 纳米技术 冶金 电极 有机化学 物理化学 嵌入式系统 计算机科学 化学
作者
Zhipeng Shao,Lin Lin,Wubin Zhuang,Shizhuo Liu,Peng Yang,Kaiping Zhu,Chaowei Li,Gengde Guo,Wenhui Wang,Qichong Zhang,Yagang Yao
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (32): e2406093-e2406093 被引量:76
标识
DOI:10.1002/adma.202406093
摘要

Aqueous Zn-ion batteries featuring with intrinsic safety and low cost are highly desirable for large-scale energy storage, but the unstable Zn-metal anode resulting from uncontrollable dendrite growth and grievous hydrogen evolution reaction (HER) shortens their cycle life. Herein, a feasible in situ self-reconfiguration strategy is developed to generate triple-gradient poly(diallyldimethylammonium) bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (PDDA-TFSI)-Zn5(OH)8Cl2·H2O-Sn (PT-ZHC-Sn) artificial layer. The resulting triple-gradient interface consists of the spherical top layer PT with cation confinement and H2O inhibition, the dense intermediate layer ZHC nanosheet with Zn2+ conduction and electron shielding, and the bottom layer Znophilic Sn metal. The well-designed triple-gradient artificial interfacial layer synergistically facilitates rapid Zn2+ diffusion to regulate uniform Zn deposition and accelerates the desolvation process while suppressing HER. Consequently, the PT-ZHC-Sn@Zn symmetric cell achieves an ultralong lifespan over 6500 h at 0.5 mA cm-2 for 0.5 mAh cm-2. Furthermore, a full battery coupling with MnO2 cathode exhibits a 17.2% increase in capacity retention compared with bare Zn anode after 1000 cycles. The in situ self-reconfiguration strategy is also applied to prepare triple-gradient PT-ZHC-In, and the assembled Zn//Cu cell operates steadily for over 8400 h while maintaining Coulombic efficiency of 99.6%. This work paves the way to designing multicomponent gradient interface for stable Zn-metal anodes.
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