A MOF-based single-ion Zn2+ solid electrolyte leading to dendrite-free rechargeable Zn batteries

材料科学 阳极 电解质 电化学 离子电导率 电池(电) 储能 锂离子电池的纳米结构 化学工程 水溶液 容量损失 电极 物理化学 工程类 功率(物理) 物理 化学 量子力学
作者
Ziqi Wang,Jiangtao Hu,Lei Han,Zijian Wang,Hongbin Wang,Qinghe Zhao,Jiajie Liu,Feng Pan
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:56: 92-99 被引量:281
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2018.11.038
摘要

Rechargeable Zn ion battery is a promising alternative for the current portable and mobile energy storage technologies because of its good safety, low cost, and material abundance. Poor deposition reversibility with dendrite formation of Zn metal anode in aqueous electrolytes, which brings the risk of short-circuit and capacity loss (dead Zn), is one of the critical issues that plague its practical applications. To improve the performances of Zn ion batteries, a crystalline single-ion Zn2+ solid-state electrolyte (SSE) is designed based on a post-synthetic modified metal–organic framework. The SSE possesses many advantages such as high ionic conductivity of 2.1 × 10−4 S cm−1 at 30 °C, minor activation energy of 0.12 eV, high Zn2+ transference number of 0.93, along with the good mechanical and electrochemical stability. Due to the restricted and guided Zn deposition through the nanowetted Zn/SSE interface at which Zn(H2O)62+ ions are confined, excellent compatibility between Zn metal anode and the SSE is revealed, which is confirmed firmly by the stable Zn plating/stripping performance, giving rise to a homogeneous, compact, and smooth Zn deposition layer. The good properties of the SSE are further verified in VS2/Zn batteries, which deliver a reversible capacity of 125 mAh g−1 over 250 cycles at 0.2 A g−1 and a reasonable rate capability with ~40% capacity retention (vs. 0.1 A g−1) at 2 A g−1.
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