Highly Reversible Zn Metal Anode with Low Voltage Hysteresis Enabled by Tannic Acid Chemistry

材料科学 单宁酸 磁滞 阳极 化学工程 金属 无机化学 电极 纳米技术 冶金 有机化学 物理化学 化学 工程类 量子力学 物理
作者
Jin Cao,Dongdong Zhang,Rungroj Chanajaree,Yilei Yue,Xinyu Zhang,Xuelin Yang,Chong Cheng,Shuang Li,Jiaqian Qin,Jiang Zhou,Zhiyuan Zeng
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (38): 45045-45054 被引量:28
标识
DOI:10.1021/acsami.3c10773
摘要

The zinc dendrites and side reactions formed on the zinc anode have greatly hindered the development of aqueous zinc-ion batteries (ZIBs). Herein, we introduce tannic acid (TA) as an additive in the ZnSO4 (ZSO) electrolyte to enhance the reversible Zn plating/stripping behavior. TA molecules are found to adsorb onto the zinc surface, forming a passivation layer and replacing some of the H2O molecules in the Zn2+ solvation sheath to form the [Zn(H2O)6-xTAx]2+ complex; this process effectively prevents side reactions. Moreover, the lower desolvation energy barrier of the [Zn(H2O)6-xTAx]2+ structure facilitates uniform Zn metal deposition and enables a stable plating/stripping lifespan of 2500 h with low voltage hysteresis (53 mV at 0.5 mA cm-2) as compared to the ZSO electrolyte (167 h and 104 mV). Additionally, the incorporation of the MnO2 cathode in the TA + ZSO electrolyte shows improved cycling capacity retention, from 64% (ZSO) to 85% (TA + ZSO), after 250 cycles at 1 A g-1, demonstrating the effectiveness of the TA additive in enhancing the performance of ZIBs.
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