A weakly solvating electrolyte towards practical rechargeable aqueous zinc-ion batteries

阳极 溶剂化 阴极 电解质 水溶液 电池(电) 电化学 化学工程 离子 化学 无机化学 材料科学 电极 物理化学 有机化学 热力学 功率(物理) 物理 工程类
作者
Xin Shi,Jinhao Xie,Jin Wang,Shilei Xie,Zujin Yang,Xihong Lu
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:15 (1) 被引量:79
标识
DOI:10.1038/s41467-023-44615-y
摘要

Abstract Structure deterioration and side reaction, which originated from the solvated H 2 O, are the main constraints for the practical deployment of both cathode and anode in aqueous Zn-ion batteries. Here we formulate a weakly solvating electrolyte to reduce the solvating power of H 2 O and strengthen the coordination competitiveness of SO 4 2− to Zn 2+ over H 2 O. Experiment results and theoretical simulations demonstrate that the water-poor solvation structure of Zn 2+ is achieved, which can (i) substantially eliminate solvated-H 2 O-mediated undesirable side reactions on the Zn anode. (ii) boost the desolvation kinetics of Zn 2+ and suppress Zn dendrite growth as well as structure aberration of the cathode. Remarkably, the synergy of these two factors enables long-life full cells including Zn/NaV 3 O 8 ·1.5H 2 O, Zn/MnO 2 and Zn/CoFe(CN) 6 cells. More importantly, practical rechargeable AA-type Zn/NVO cells are assembled, which present a capacity of 101.7 mAh and stability of 96.1% capacity retention after 30 cycles at 0.66 C.
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