Design principles for heterointerfacial alloying kinetics at metallic anodes in rechargeable batteries

阳极 动力学 金属 纳米技术 材料科学 电极 化学 化学工程 工艺工程 冶金 物理 物理化学 工程类 量子力学
作者
Jingxu Zheng,Yue Deng,Wenzao Li,Jiefu Yin,Patrick J. West,Tian Tang,Xiao Tong,David C. Bock,Shuo Jin,Qing Zhao,Regina García-Méndez,Kenneth J. Takeuchi,Esther S. Takeuchi,Amy C. Marschilok,Lynden A. Archer
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science (AAAS)]
卷期号:8 (44): eabq6321-eabq6321 被引量:71
标识
DOI:10.1126/sciadv.abq6321
摘要

How surface chemistry influences reactions occurring thereupon has been a long-standing question of broad scientific and technological interest. Here, we consider the relation between the surface chemistry at interfaces and the reversibility of electrochemical transformations at rechargeable battery electrodes. Using Zn as a model system, we report that a moderate strength of chemical interaction between the deposit and the substrate—neither too weak nor too strong—enables highest reversibility and stability of the plating/stripping redox processes. Focused ion beam and electron microscopy were used to directly probe the morphology, chemistry, and crystallography of heterointerfaces of distinct natures. Analogous to the empirical Sabatier principle for chemical heterogeneous catalysis, our findings arise from competing interfacial processes. Using full batteries with stringent negative electrode–to–positive electrode capacity (N:P) ratios, we show that such knowledge provides a powerful tool for designing key materials in highly reversible battery systems based on Earth-abundant, low-cost metals such as Zn and Na.
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