Boosting Zinc‐Ion Batteries with Innovative Ternary Electrolyte for Enhanced Interfacial Electrochemistry and Temperature‐Resilient Performance

电解质 材料科学 溶剂化 三元运算 电化学 化学工程 反应性(心理学) 无机化学 离子 物理化学 有机化学 电极 化学 病理 工程类 医学 程序设计语言 替代医学 计算机科学
作者
Yanbin Qiu,Xinyu Zheng,Ran Zhang,Qingqing Lin,Mengchao Li,Jing Luo,Sisheng Yang,Zheyuan Liu,Qian Wang,Yan Yu,Chengkai Yang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (4) 被引量:84
标识
DOI:10.1002/adfm.202310825
摘要

Abstract The practical application of Zn‐ion batteries (ZIBs) faces several challenges, particularly regarding poor reversibility and the reactivity of water in the electrolytes across a wide temperature range. Herein, this study presents the design of a ternary electrolyte with significant intermolecular interactions based on tetrahydrofurfuryl alcohol (THFA), H 2 O, and Zn(OTf) 2 to address these challenges from −40 to 60 °C. The ether alcohol compound THFA effectively mitigates the side reactions about water, by disrupting and suppressing the reactivity of the dominant water‐based clusters. Through experimental and theoretical investigations, the structural and mechanistic insights of ternary solvation clusters are uncovered. The hydrogen‐bond‐induced interactions of THFA facilitate the participation of OTf − in solvation clusters and bidentate chelation coordination with Zn 2+ ensures the formation of lean‐water solvation clusters. Furthermore, the interfacial electrochemistry on the Zn surface is also regulated to exhibit a preferential layer‐by‐layer (0 0 2) oriented deposition with a stable solid electrolyte interface (SEI). As a result, The Zn||VO 2 battery using ternary electrolyte maintains a capacity of 237.5 mAh g −1 with an 86.71% retention after 500 cycles at 60 °C and 3 A g −1 , while it exhibits stable cycle even at −40 °C over 200 cycles with almost no capacity decrease.
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