Spatial Confinement of Sn/TiO2 Nanoparticles in Hollow Mesoporous Carbon Spheres Opal for Stable Zn Metal Anodes

材料科学 成核 纳米颗粒 介孔材料 阳极 化学工程 扩散阻挡层 纳米技术 电极 图层(电子) 物理化学 催化作用 有机化学 生物化学 化学 工程类
作者
Peng Sun,Ya Qi Zheng,Xinyu Zhang,Huan Yu,Yan Guo,Le Yu
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:14 (17) 被引量:30
标识
DOI:10.1002/aenm.202304138
摘要

Abstract The sluggish Zn 2+ diffusion and high nucleation energy barrier induce uncontrolled growth of Zn dendrites and detrimental parasitic reactions, severely hampering the commercialization of Zn metal anodes (ZMAs). Herein, hollow mesoporous carbon sphere opal with confined Sn/TiO 2 clusters (HMCSST) is designed as the host to spatially regulate the Zn deposition. Owing to the capillary effect of the ordered hierarchical porous structure, the mass diffusion can be dramatically accelerated to promote a fast deposition kinetics at the interface between ZMA and electrolyte. Besides, the encapsulated ultrafine Sn/TiO 2 clusters serve as zincophilic sites to achieve both the uniform Zn deposition on the hierarchical porous opal host and the high thermodynamic stability of ZMAs. Benefiting from the structural and componential merits, the HMCSST host effectively reduces the activation energy to enable a temporal‐spatial ordering of Zn nucleation and growth. As expected, the stable HMCSST‐Zn electrode guarantees steady Zn platting/stripping with long‐term stability over 1300 h in a symmetrical cell at a depth of discharge of 37.5%. As a proof‐of‐concept demonstration, an HMCSST‐Zn||ammonium vanadate full cell shows a long lifespan over 5000 cycles at 10.0 A g −1 with low polarization.
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