Acetamide‐Caprolactam Deep Eutectic Solvent‐Based Electrolyte for Stable Zn‐Metal Batteries

电解质 材料科学 己内酰胺 法拉第效率 无机化学 电化学 阳极 化学工程 水溶液 乙酰胺 深共晶溶剂 共晶体系 高分子化学 化学 合金 有机化学 电极 冶金 物理化学 工程类
作者
Shihe Wang,Ganxiong Liu,Wang Wan,Xueyang Li,Ju Li,Chao Wang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (5): e2306546-e2306546 被引量:109
标识
DOI:10.1002/adma.202306546
摘要

Abstract Aqueous Zn‐ion batteries (AZIBs) are promising for grid‐scale energy storage. However, conventional AZIBs face challenges including hydrogen evolution reaction (HER), leading to high local pH, and by‐product formation on the anode. Hereby the hydrogen bonds in the aqueous electrolyte are reconstructed by using a deep eutectic co‐solvent (DES) made of acetamide (H‐bond donor) and caprolactam (H‐bond acceptor), which effectively suppresses the reactivity of water and broadens the electrochemical voltage stability window. The coordination between Zn 2+ and acetamide‐caprolactam in DES‐based electrolytes produces a unique solvation structure that promotes the preferential growth of Zn crystals along the (002) plane. This will inhibit the formation of Zn dendrites and ensure the uniform deposition of Zn‐ions on the anode surface. In addition, it is found that this DES‐based electrolyte can form a protective membrane on the anode surface, reducing the risks of Zn corrosion. Compared to conventional electrolytes, the DES‐based electrolyte shows a long‐term stable plating/stripping performance with a significantly improved Coulombic efficiency from 78.18% to 98.37%. It is further demonstrated that a Zn||VS 2 full‐cell with the DES‐based electrolyte exhibits enhanced stability after 500 cycles with 85.4% capacity retention at 0.5 A g −1 .
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