Bidirectional Interface Protection of a Concentrated Electrolyte, Enabling High-Voltage and Long-Life Aqueous Zn Hybrid-Ion Batteries

法拉第效率 阴极 材料科学 阳极 电解质 水溶液 电池(电) 化学工程 电极 电气工程 化学 物理化学 物理 工程类 功率(物理) 量子力学
作者
Wenjun Deng,Zhengang Li,Yan Chen,Na Shen,Man Zhang,Xinran Yuan,Jun Hu,Jinlin Zhu,Chao Huang,Chang Li,Rui Li
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (31): 35864-35872 被引量:16
标识
DOI:10.1021/acsami.2c09993
摘要

Prussian blue analogues (PBAs) as a promising high-voltage cathode material for aqueous zinc-ion batteries (ZIBs) are usually subjected to an ephemeral lifespan and low Coulombic efficiency due to the irreversible phase change and high Zn2+ insertion potential. Besides, Zn dendrites, H2 evolution reaction, and corrosion derived from a Zn anode interface remain huge challenges. Given this, a highly stable zinc hexacyanoferrate (KZnHCF) cathode together with a mixed concentrated electrolyte is prepared to realize a high-voltage and long-life aqueous ZIB, in which the mixed concentrated electrolyte consisting of 30 m KFSI + 1 m Zn(CF3SO3)2 possesses a unique Zn2+ solvation sheath (Zn(CF3SO3)0.3(FSI)3.1(H2O)2.6) that can not only stabilize the cathode interface and improve the Coulombic efficiency but also fundamentally solve the Zn anode interface issues. As a result, the aqueous KZnHCF/Zn battery achieves an ultralong life over 3000 cycles without any capacity decay even under a high discharge voltage of 1.78 V (vs Zn2+/Zn). Such extraordinary performance represents significant progress in aqueous PBA-based ZIBs. This work shares guidance to improve the performance of aqueous ZIBs through optimizing the electrolyte in tuning the stable operation of the cathode and the zinc anode.
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