Stabilizing Zn Metal Anode Through Regulation of Zn Ion Transfer and Interfacial Behavior with a Fast Ion Conductor Protective Layer

阳极 材料科学 电解质 化学工程 电化学 离子 纳米孔 水溶液 动力学 图层(电子) 电极 无机化学 纳米技术 化学 物理化学 有机化学 物理 工程类 量子力学
作者
Na Guo,Peng Zhi,Wenjie Huo,Yuehua Li,Shude Liu,Ling Kang,Xianwen Wu,Lei Dai,Ling Wang,Seong Chan Jun,Zhangxing He
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:19 (47) 被引量:66
标识
DOI:10.1002/smll.202303963
摘要

Aqueous Zn-ion batteries (AZIBs) attract intensive attention owing to their environmental friendliness, cost-effectiveness, innate safety, and high specific capacity. However, the practical applications of AZIBs are hindered by several adverse phenomena, including corrosion, Zn dendrites, and hydrogen evolution. Herein, a Zn anode decorated with a 3D porous-structured Na3 V2 (PO4)3 (NVP@Zn) is obtained, where the NVP reconstruct the electrolyte/anode interface. The resulting NVP@Zn anode can provide a large quantity of fast and stable channels, facilitating enhanced Zn ion deposition kinetics and regulating the Zn ions transport process through the ion confinement effect. The NASICON-type NVP protective layer promote the desolvation process due to its nanopore structure, thus effectively avoiding side reactions. Theoretical calculations indicate that the NVP@Zn electrode has a higher Zn ion binding energy and a higher migration barrier, which demonstrates that NVP protective layer can enhance Zn ion deposition kinetics and prevent the unfettered 2D diffusion of Zn ions. Therefore, the results show that NVP@Zn/MnO2 full cell can maintain a high specific discharge capacity of 168 mAh g-1 and a high-capacity retention rate of 74.6% after cycling. The extraordinary results obtained with this strategy have confirmed the promising applications of NVP in high-performance AZIBs.
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