Bifunctional interface of metal–organic framework synergized with bismuth endows high stable zinc anode

双功能 阳极 电偶阳极 材料科学 接口(物质) 纳米技术 化学 冶金 催化作用 电极 有机化学 阴极保护 复合材料 毛细管作用 物理化学 毛细管数
作者
Jian He,Wanhai Zhou,Jinchi Li,Shiqi Chen,Ding Zhu,Yungui Chen
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:485: 149740-149740 被引量:16
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.149740
摘要

Zn-based aqueous batteries (ZnABs) are attractive in large-scale energy storage. However, the issues of hydrogen evolution and dendrite formation in zinc anode are the key challenges for this technology. Here, we demonstrate the metal bismuth encapsulated within a metal–organic framework (Bi@ZIF-8) as an artificial interface to protect the Zn anode. Revealed by electrochemical measurements and the in-situ optical images, the Bi@ZIF-8 interface makes for uniform deposition and simultaneously contributes to anti-corrosion in Zn anode. Hence, the symmetric Bi@ZIF-8 coated Zn foil (Bi@ZIF-8|Zn) cell exhibits the lowest polarization compared to ZIF-8|Zn and bare Zn, and achieves 420 h of operation at 7.5 mA cm−2. As a proof of concept, the elaborate alkaline Zn-Ni full cell based on Bi@ZIF-8|Zn anode shows excellent kinetic performance, a high coulombic efficiency of 98 %, and a long lifespan of 2500 cycles. Moreover, this Bi@ZIF-8 was used as a practical Zn electrode interface modifier, which endows a 2 Ah pouch cell with a high energy density of 130 Wh kg−1 and 420 Wh L–1. This research provides a novel thought for realizing long-life ZnABs via the artificial interface protection of the Zn anode.
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