A MOF‐Derivative Decorated Hierarchical Porous Host Enabling Ultrahigh Rates and Superior Long‐Term Cycling of Dendrite‐Free Zn Metal Anodes

材料科学 阳极 化学工程 过电位 成核 枝晶(数学) 复合数 电镀(地质) 纳米技术 电化学 复合材料 电极 有机化学 地质学 化学 物理化学 工程类 几何学 数学 地球物理学
作者
Pan Xue,Can Guo,Li Li,Hongpeng Li,Dan Luo,Lichao Tan,Zhongwei Chen
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (14) 被引量:168
标识
DOI:10.1002/adma.202110047
摘要

Aqueous Zn metal batteries have attracted much attention due to their high intrinsic capacity, high safety, and low cost. Nevertheless, uncontrollable dendrite growth and adverse side reactions of Zn anodes seriously hinder their further application. Herein, a three-dimensional (3D) porous graphene-carbon nanotubes scaffold decorated with metal-organic framework derived ZnO/C nanoparticles (3D-ZGC) is fabricated as the host for dendrite-free Zn-metal composite anodes. The zincophilic ZnO/C nanoparticles act as preferred deposition sites with low nucleation barriers to induce homogeneous Zn deposition. The mechanically robust 3D scaffold with high conductivity not only suppresses the formation of dendritic Zn by reducing the local current density and homogenizing Zn2+ ion flux, but also inhibits volume changes during the long-term plating/stripping process. As a result, the 3D-ZGC composite anodes afford unprecedented Zn plating-stripping stability at an ultrahigh current density of 20 mA cm-2 for 1500 cycles with low overpotential (<65 mV) when used in a symmetric cell. When coupled with MnO2 cathodes, the assembled Zn@3D-ZGC//MnO2 full batteries deliver an enhanced cycling stability for up to 6000 cycles at 2000 mA g-1 , demonstrating the potential of the 3D-ZGC composite anode for advanced Zn metal batteries.
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