Attenuating Water Activity Through Impeded Proton Transfer Resulting from Hydrogen Bond Enhancement Effect for Fast and Ultra‐Stable Zn Metal Anode

材料科学 水溶液 阳极 质子 电化学 氢键 电解质 金属 质子输运 动力学 分子 无机化学 化学工程 电极 物理化学 化学 有机化学 物理 量子力学 工程类 冶金
作者
Qi Meng,Qixian Bai,Ruyi Zhao,Penghui Cao,Guilin Zhang,Jiong Wang,Fanyun Su,Xiangyang Zhou,Juan Yang,Jingjing Tang
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:13 (44) 被引量:154
标识
DOI:10.1002/aenm.202302828
摘要

Abstract The high activity of water molecules induces notorious side reactions that seriously impair the stability of the Zn metal anode. Inspired by the mechanism of proton transfer in an aqueous solution, ectoine (ET) with a kosmotropic effect is first introduced into the typical aqueous electrolyte of aqueous zinc‐ion batteries (ZIBs). The hydrogen bond enhancement brought by the ET additive increases the energy barrier for the reconfiguration of hydrogen bonds, thereby impeding the hopping transport of protons based on the Grotthuss mechanism. The inhibited hydrogen evolution reaction (HER) by impeded proton transfer is strongly proved by in situ electrochemical gas chromatography (EC‐GC). The distinctive hydrogen bond enhancement effect of ET results in remarkably improved Zn anode stability while maintaining fast reaction kinetics. Consequently, the Zn//Zn symmetric cell delivers an ultra‐long cycle life of 5700 h 1 mA cm −2 /1 mAh cm −2 and 2000 h at 5 mA cm −2 /5 mAh cm −2 with lower voltage hysteresis, extending a cycling life by >27 and 24 times without sacrificing reaction kinetics.
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