Overcoming Challenges: Extending Cycle Life of Aqueous Zinc‐Ion Batteries at High Zinc Utilization through a Synergistic Strategy

材料科学 水溶液 纳米技术 冶金 化学 有机化学
作者
Xin Xu,Xiang Feng,Mingyan Li,Junyi Yin,Jingzhe Chen,Fuxiang Li,Weichen Shi,Yonghong Cheng,Jianhua Wang
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (9): e2308273-e2308273 被引量:59
标识
DOI:10.1002/smll.202308273
摘要

Aqueous zinc-ion batteries (AZIBs) face challenges in achieving high energy density compared to conventional lithium-ion batteries (LIBs). The lower operating voltage and excessive Zn metal as anode pose constraints on the overall energy storage capacity of these batteries. An effective approach is to reduce the thickness of the Zn metal anode and control its mass appropriately. However, under the condition of using a thin Zn anode, the performance of AZIBs is often unsatisfactory. Through experiments and computational simulations, the electrode structural change and the formation of dead Zn as the primary reasons for the failure of batteries under a high Zn utilization rate are identified. Based on this understanding, a universal synergistic strategy that combines Cu foil current collectors and electrolyte additives to maintain the structural and thermodynamic stability of the Zn anode under a high Zn utilization rate (ZUR) is proposed. Specifically, the Cu current collectors can ensure that the Zn anode structure remains intact based on the spontaneous filling effect, while the additives can suppress parasitic side reactions at the interface. Ultimately, the symmetric cell demonstrates a cycling duration of 900 h at a 70% ZU, confirming the effectiveness of this strategy.
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