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

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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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