Electrode Interface Engineering of Hydrophilic and Zincophilic Bifunctionality for High‐Efficiency and Low‐Polarization Zn Anodes

过电位 双功能 法拉第效率 材料科学 成核 极化(电化学) 阳极 化学工程 电极 水溶液 阴极 无机化学 电化学 化学 催化作用 物理化学 工程类 生物化学 有机化学
作者
Tan Wang,Chen Wang,Gabriel Vinicius De Oliveira Silva,Yuanlin Xu,Haoyun Wei,Guo‐Xing Miao,Jing Fu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (48)
标识
DOI:10.1002/adfm.202408662
摘要

Abstract Aqueous rechargeable Zn batteries offer a promising technological route as a safe and low‐cost energy storage system for grid energy storage. However, major challenges of Zn dendrites and parasitic side reactions upon cycling in aqueous environments remain unsolved. Here, a design of a bifunctional electrode interface consisting of heterostructured zinc hydroxide chloride (ZHC) and Cu, as well as their synergy in promoting high‐efficiency and low‐polarization Zn deposition is reported. Hydrophilic/zincophobic ZHC promotes the desolvation of hydrated Zn 2+ prior to Zn nucleation, meanwhile adjacent Cu acts as a zincophilic site for subsequent nucleation and deposition. Consequently, the reduction polarization of Zn 2+ at the bifunctional layer (ZHC‐Cu) features ten times lower nucleation overpotential of 3 mV than bare Zn. Meanwhile, the water‐induced hydrogen evolution side reactions on Zn are significantly hindered by the bifunctionality of the electrode interface. Accordingly, the ZHC‐Cu@Zn symmetric cells exhibit a superior cycling stability for over 3500 cycles at 10 mA cm −2 /3 mAh cm −2 . The ZHC‐Cu@Zn full‐cell with MnO 2 cathode can stably operate for low C‐rate cycling with a high average Coulombic efficiency of 99.5% over 600 cycles. This work provides an effective approach to rational design of heterostructured bifunctional electrode interfaces to obtain high‐efficiency and low‐polarization Zn anodes.
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