Sulfurized Composite Interphase Enables a Highly Reversible Zn Anode

法拉第效率 阳极 电解质 材料科学 电化学 化学工程 复合数 相间 阴极 硫化锌 硫化物 电极 化学 复合材料 冶金 物理化学 生物 遗传学 工程类
作者
Wu Lu,Hao Yuan,Yongkang An,Jianguo Sun,Yu Liu,Han Tang,Wei Yang,Lianmeng Cui,Jinghao Li,Qinyou An,Yong‐Wei Zhang,Lin Xu,Liqiang Mai
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/anie.202419495
摘要

The stability and reversibility of Zn anode can be greatly improved by in‐situ construction of solid electrolyte interphase (SEI) on Zn surface via a low‐cost design strategy of ZnSO4 electrolyte. However, the role of hydrogen bond acceptor ‐SO3 accompanying ZnS formation during SEI reconstruction is overlooked. In this work, we have explored and revealed the new role of ‐SO3 and ZnS in the in‐situ formed sulfide composite SEI (SCSEI) on Zn anode electrochemistry in ZnSO4 aqueous electrolytes. Structure characterization and DFT demonstrate that the introduction of ‐SO3 can not only reduce the dehydration energy of [Zn(H2O)6]2+, but also enhance the stability of the ZnS/Zn interface and homogenize the ZnS/Zn interface electric field, thereby significantly improving the dynamic kinetics and uniform deposition of Zn2+. Owing to the synergistic effect of ZnS and ‐SO3, a high cycling stability of 1500 h with a cumulative‐plated capacity of 7.5 Ah cm‐2 at 10 mA cm‐2 has been achieved within the symmetrical cell. Furthermore, the full cell with NH4V4O10 cathode exhibits outstanding cyclic stability, exceeding 2000 cycles at 5 A g‐1 and maintaining a Coulombic efficiency of 100%. These new insights into anionic synergistic strategy could significantly enhance the practical application of zinc‐ion batteries.
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