Rational design of zinc powder anode with high utilization and long cycle life for advanced aqueous Zn–S batteries

阳极 水溶液 材料科学 电偶阳极 冶金 化学工程 化学 电极 有机化学 阴极保护 工程类 物理化学
作者
Jianbo Li,Zexiao Cheng,Zhen Li,Yunhui Huang
出处
期刊:Materials horizons [Royal Society of Chemistry]
卷期号:10 (7): 2436-2444 被引量:46
标识
DOI:10.1039/d3mh00278k
摘要

Aqueous zinc-sulfur (Zn-S) batteries are regarded as excellent candidates for energy storage applications due to their low cost, non-toxicity, and high theoretical energy density. However, the low utilization of the traditional thick foil-type Zn anode would severely restrict the overall energy density of Zn-S batteries. Herein, a mechanically and chemically stable powder-Zn/indium (pZn/In) anode with finite Zn loading was designed and constructed for enhancing the cycle stability of aqueous Zn-S batteries. Notably, the bifunctional In protective layer can inhibit the corrosion rate of highly active pZn and homogenize the Zn2+ flux during Zn plating/stripping. As a result, the obtained pZn/In anode exhibits a greatly improved cyclability of over 285 h even under a much harsh test condition (10 mA cm-2, 2.5 mA h cm-2, Zn utilization rate: ∼38.5%). Furthermore, when assembled with an S-based cathode at a negative/positive (N/P) capacity ratio ∼2, the full cell delivers a high initial specific capacity of ∼803 mA h g-1 and operates stably for over 300 cycles at 2C with a low capacity fading rate of ∼0.17% per cycle.
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