A sustainable chitosan-zinc electrolyte for high-rate zinc-metal batteries

电解质 法拉第效率 材料科学 化学工程 阳极 电池(电) 壳聚糖 储能 化学 冶金 电极 物理 物理化学 量子力学 工程类 功率(物理)
作者
Meiling Wu,Ye Zhang,Lin Xu,Chunpeng Yang,Min Hong,Mingjin Cui,Bryson Callie Clifford,Shuaiming He,Shuangshuang Jing,Yan Yao,Liangbing Hu
出处
期刊:Matter [Elsevier]
卷期号:5 (10): 3402-3416 被引量:113
标识
DOI:10.1016/j.matt.2022.07.015
摘要

Summary

Rechargeable aqueous Zn-metal battery is promising for grid energy storage needs, but its application is limited by issues such as Zn dendrite formation. In this work, we demonstrate a Zn-coordinated chitosan (chitosan-Zn) electrolyte for high-performance Zn-metal batteries. The chitosan-Zn electrolyte exhibits high mechanical strength, Zn2+ conductivity, and water bonding capability, which enable a desirable Zn-deposition morphology of parallel hexagonal Zn platelets. Using the chitosan-Zn electrolyte, the Zn anode shows exceptional cycling stability and rate performance, with a high Coulombic efficiency of 99.7% and >1,000 cycles at 50 mA cm−2. The full batteries show excellent high-rate performance (up to 20C, 40 mA cm−2) and long-term cycling stability (>400 cycles at 2C). Furthermore, the chitosan-Zn electrolyte is non-flammable and biodegradable, making the proposed Zn-metal battery appealing in terms of safety and sustainability, demonstrating the promise of sustainable biomaterials for green and efficient energy-storage systems.
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