Modulation of water reactivity by ethyl acetate/water co-solvent for zinc-metal batteries

反应性(心理学) 溶剂 溶剂化 化学 法拉第效率 电解质 分子 吸附 电化学 水溶液 无机化学 有机化学 化学工程 电极 物理化学 医学 工程类 病理 替代医学
作者
Xinpeng Li,Mingshan Wang,Yuanwei Chu,Yang Gao,Zhenliang Yang,Yuanlong Feng,Junchen Chen,Zhiyuan Ma,Bingshu Guo,Bo Yu,Yun Huang,Xing Li
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:487: 150588-150588 被引量:20
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.150588
摘要

The realization of durable aqueous zinc-metal batteries is hindered by uncontrollable Zn dendrite growth and serious parasitic reactions. Here, a miscible ethyl acetate (EA)/H2O co-solvent electrolyte is constructed by salting-in effect of Zn(OTf)2 to manipulate the solvation structures of Zn2+ and disrupt the original strong H-bond networks built by H2O. It reveals that EA molecules and OTf- jointly forms EA-H2O-OTf- co-dominated solvation sheath structure, weakening the coordination between Zn2+ and water molecules, meanwhile promoting Zn2+ immigration in reconstructed co-solvent H-bond environment. Besides, de-solvation water molecules with higher ionization barrier significantly inhibits H2O reactivity. Further, the introduced EA molecules are prone to preferentially adsorbed in Holmhertz Electrical Double Layers, which forms a hydrophobic interphase to regulate the uniform distribution of Zn2+ fluxes by steric structure. Therefore, it realizes dendrite-free zinc deposition with long plating/stripping stability of over 1300 h at 1 mA cm−2. In particular, the low temperature (600 cycles at −40 ℃) and ultra-long durable (20,000 cycles with 100 % capacity retention) electrochemical performance in Zn||Active Carbon zinc-ion capacitors, as well as long cycling stability (average coulombic efficiency of 99.91 % at 1 A g−1 after 1000 cycles) in Zn|| NaV3O8·1.5H2O batteries are also achieved.
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