Hierarchical Confinement Effect with Zincophilic and Spatial Traps Stabilized Zn-Based Aqueous Battery

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作者
Hongpeng Li,Can Guo,Tengsheng Zhang,Pan Xue,Ruizheng Zhao,Wanhai Zhou,Wei Li,Ahmed A. Elzatahry,Dongyuan Zhao,Dongliang Chao
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:22 (10): 4223-4231 被引量:154
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.2c01235
摘要

Zn-based aqueous batteries (ZABs) have been regarded as promising candidates for safe and large-scale energy storage in the "post-Li" era. However, kinetics and stability problems of Zn capture cannot be concomitantly regulated, especially at high rates and loadings. Herein, a hierarchical confinement strategy is proposed to design zincophilic and spatial traps through a host of porous Co-embedded carbon cages (denoted as CoCC). The zincophilic Co sites act as preferred nucleation sites with low nucleation barriers (within 0.5 mA h cm-2), and the carbon cage can further spatially confine Zn deposition (within 5.0 mA h cm-2). Theoretical simulations and in situ/ex situ structural observations reveal the hierarchical spatial confinement by the elaborated all-in-one network (within 12 mA h cm-2). Consequently, the elaborate strategy enables a dendrite-free behavior with excellent kinetics (low overpotential of ca. 65 mV at a high rate of 20 mA cm-2) and stable cycle life (over 800 cycles), pushing forward the next-generation high-performance ZABs.
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