Salt Anion Amphiphilicity-Activated Electrolyte Cosolvent Selection Strategy toward Durable Zn Metal Anode

溶剂化 电解质 化学 溶剂化壳 溶剂 无机化学 分配系数 物理化学 有机化学 电极
作者
Liyang Liu,Haiying Lu,Chao Han,Xianfei Chen,Sucheng Liu,Jiakui Zhang,Xianghong Chen,Xinyi Wang,Rui Wang,Jiantie Xu,Huan Liu,Shi Xue Dou,Weijie Li
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:17 (22): 23065-23078 被引量:53
标识
DOI:10.1021/acsnano.3c08716
摘要

One effective solution to inhibit side reactions and Zn dendrite growth in aqueous Zn-ion batteries is to add a cosolvent into the Zn(CF3SO3)2 electrolyte, which has the potential to form a robust solid electrolyte interface composed of ZnF2 and ZnS. Nevertheless, there is still a lack of discussion on a convenient selection method for cosolvents, which can directly reflect the interactions between solvent and solute to rationally design the electrolyte solvation structure. Herein, logP, where P is the octanol-water partition coefficient, a general parameter to describe the hydrophilicity and lipophilicity of chemicals, is proposed as a standard for selecting cosolvents for Zn(CF3SO3)2 electrolyte, which is demonstrated by testing seven different types of solvents. The solvent with a logP value similar to that of the salt anion CF3SO3- can interact with CF3SO3-, Zn2+, and H2O, leading to a reconstruction of the electrolyte solvation structure. To prove the concept, methyl acetate (MA) is demonstrated as an example due to its similar logP value to that of CF3SO3-. Both the experimental and theoretical results illustrate that MA molecules not only enter into the solvation shell of CF3SO3- but also coordinate with Zn2+ or H2O, forming an MA and CF3SO3- involved core-shell solvation structure. The special solvation structure reduces H2O activity and contributes to forming an anion-induced ZnCO3-ZnF2-rich solid electrolyte interface. As a result, the Zn||Zn cell and Zn||NaV3O8·1.5H2O cell with MA-involved electrolyte exhibit superior performances to that with the MA-free electrolyte. This work provides an insight into electrolyte design via salt anion chemistry for high-performance Zn batteries.
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