Enhancing Zn‐Metal Anode Stability: Key Effects of Electrolyte Additives on Ion‐Shield‐Like Electrical Double Layer and Stable Solid Electrolyte Interphase

电解质 材料科学 阳极 化学工程 电池(电) 金属 无机化学 电极 化学 冶金 量子力学 物理 工程类 物理化学 功率(物理)
作者
Jianqiang Weng,Wenqi Zhu,Kun Yu,Jing Luo,Meixin Chen,Liuyan Li,Yuhang Zhuang,Kailai Xia,Zhixing Lu,Yajie Hu,Chengkai Yang,Mingmao Wu,Zhigang Zou
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (18) 被引量:21
标识
DOI:10.1002/adfm.202314347
摘要

Abstract Owing to zinc dendrites and parasitic reactions, aqueous Zn‐metal batteries often suffer from poor reversibility and cyclability. Electrolyte additives present a promising strategy to improve Zn anode stability. However, the ever‐evolving perspectives and mechanisms, paradoxically, complicate battery design, causing a scenario where any electrolyte additive seems to be effective. Herein, it is taken ionic liquid (IL) additives as an example and detailed explored the impact of three typical IL anions, namely OTF − , TFA − , and BF 4 − . It is identified that the primary determinant of electrolyte additives as their electrical double layer (EDL) structures and their subsequent solid‐electrolyte interface (SEI) composition. An advantageous EDL structure, akin to an ion‐shield, can reduce the absorption of H 2 O molecules, which further enrich the SEI with zincophilic and hydrophobic components, thereby mitigating parasitic reactions and Zn dendrite formation. As a result, the Zn||Zn cell with optimal [EMIM]OTF additives demonstrates an exceptional cycling life under challenging conditions, its cumulative plated capacity surpasses most previously reported results by utilizing different IL additives. This work extends beyond performance enhancements, representing a valuable exploration of key criteria for electrolyte additives is believed. These insights are expected to offer fundamental guidance for future research and electrolyte design.
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