Achieving High-Rate and Durable Aqueous Rechargeable Zn-Ion Batteries by Enhancing the Successive Electrochemical Conversion Reactions

电化学 电解质 电化学动力学 电池(电) 阴极 水溶液 材料科学 化学工程 储能 插层(化学) 无机化学
作者
Xiaosha Cui,Yaxiong Zhang,Situo Cheng,Yupeng Liu,Zhipeng Shao,Zhenheng Sun,Yin Wu,Hongzhou Guo,Jiecai Fu,Erqing Xie
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier]
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2022.04.004
摘要

The mild electrolyte working environment of rechargeable aqueous Zn-ion batteries (AZIBs) features its promising characteristic and potential application for large-scale energy storage system. However, the poor cycling stability significantly hinders the broad application of AZIBs due to the complex electrochemical conversion reactions during charge-discharge process. Herein, we propose a strategy to improve the electrochemical performance of AZIB by enhancing the successive electrochemical conversion reactions. With a rational design of electrode, an even homogeneous electric field can be achieved in the cathode side, resulting to significantly enhanced efficiency of successive electrochemical conversion reactions. Charge storage mechanism studies reveal that the reversibility behaviors of byproducts alkaline zinc sulfate (ZHS) can dramatically determine the H + /Zn 2+ de/intercalation process, and a high reversibility characteristic ensures the facilitated electrochemical kinetics. As expected, the resultant AZIB possesses outstanding electrochemical performance with a high specific capacity of 425.08 mAh⋅g −1 at 0.1 A⋅g −1 , an excellent rate capacity of about 60% (246.6 mAh⋅g −1 at 1 A⋅g −1 ) and superior cycling stability of 93.7% after 3000 cycles (at 3 A⋅g −1 ). This effective strategy and thinking proposed here may open a new avenue for the development of high-performing AZIBs.
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