A HKUST-1 coating with copper metal active site enables stabilized zinc metal anode

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作者
Xiaotong Liu,Zheng Tong Han,Siying Zhao,Haoqing Tang,Tian Tian,Qihao Weng,Xiaohuan Liu,Tao Liu
出处
期刊:Materials Today Energy [Elsevier BV]
卷期号:44: 101659-101659
标识
DOI:10.1016/j.mtener.2024.101659
摘要

Aqueous zinc-ion batteries (AZIBs) are considered to be one of the alternatives for large-scale energy storage devices due to unique advantages. However, the harmful Zn dendrites generation of Zn anodes seriously hinders the development of AZIBs. Herein, Cu3(BTC)2 (HKUST-1) as a compact functional interface layer on the surface of bare Zn foil is shown to improve the reversibility of Zn-plating/stripping process. Interestingly, HKUST-1 possesses high porosity, large number of water molecule vacancies, and Cu active center, which help to enhance the diffusion kinetics of Zn2+ and reduce the surface free energy of Zn electrode. Combining theoretical calculations with experiments, the HKUST-1 can contribute to the desolvation process of Zn[(H2O)6]2+ and balance Zn2+ concentration, which thus accelerate Zn2+ transfer kinetics, lower interfacial energy, and homogenize ion-distribution. Attributed to these superiorities, the HKUST-1@Zn symmetric cells demonstrate excellent stable plating/stripping for over 250 h under ultra-high current density (20 mA/cm2 and 20 mAh/cm2). Furthermore, a HKUST-1@Zn||MnO2 full cell exhibits an enhanced long-cycling performance with a discharge capacity of 114 mAh/g after undergoing 500 cycles. All results demonstrate the potential application of HKUST-1 coating in AZIBs.
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