A Theory‐Driven Complementary Interface Effect for Fast‐Kinetics and Ultrastable Zn Metal Anodes in Aqueous/Solid Electrolytes

材料科学 电解质 阳极 成核 钝化 电化学 金属 水溶液 化学工程 极化(电化学) 电镀 电化学动力学 纳米技术 电极 冶金 物理化学 图层(电子) 热力学 化学 工程类 物理
作者
Fan Li,Dingtao Ma,Kefeng Ouyang,Ming Yang,Jimin Qiu,Juan Feng,Yanyi Wang,Hongwei Mi,Shichang Sun,Lingna Sun,Chuanxin He,Peixin Zhang
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:13 (18) 被引量:62
标识
DOI:10.1002/aenm.202204365
摘要

Abstract The undesirable side reactions and uncontrolled deposition leads to the electrochemical failure of Zn metal anodes. Herein, driven by theory calculations, a surface texture engineering and passivation layer protection dual‐interface strategy is developed. Benefiting from the complementary interface effect, such a dual‐interface can realize the integrated regulation of interfacial transport and deposition. That is, inhibiting water‐induced side reactions, accelerating the de‐solvation of hydrated zinc ions, homogenizing the ion flux, and guiding the Zn(002)‐preferred orientation deposition. As a result, such a dual‐interface modulated Zn electrode enables a significantly extended stability and a smaller nucleation barrier and polarization effect. Unexpectedly, it can steadily operate for 6600 h at 0.5 mA cm −2 and 0.5 mA h cm −2 , corresponding to a lifespan >9 months. Highly reversible Zn plating and stripping can be still retained when the current density is improved up to 1, 5, 10, and even 20 mA cm −2 . Beyond that, when it is applied to Zn metal batteries, enhanced rate capability, and cyclic stability can be realized in both aqueous Zn/MnO 2 batteries and solid‐state Zn/VO 2 batteries. This design concept of complementary interface effect is expected to provide a new insight into high reversibility Zn metal anodes.
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