A Layered Bi2Te3@PPy Cathode for Aqueous Zinc‐Ion Batteries: Mechanism and Application in Printed Flexible Batteries

材料科学 阴极 涂层 水溶液 离子键合 聚吡咯 X射线光电子能谱 电解质 纳米技术 电极 化学工程 离子 复合材料 电气工程 物理化学 工程类 物理 化学 量子力学 聚合物 聚合
作者
Guifang Zeng,Qing Sun,Sharona Horta,Shang Wang,Xuan Lu,Chaoyue Zhang,Jing Li,Junshan Li,Lijie Ci,Yanhong Tian,María Ibáñez,Andreu Cabot
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (1): e2305128-e2305128 被引量:74
标识
DOI:10.1002/adma.202305128
摘要

Abstract Low‐cost, safe, and environmental‐friendly rechargeable aqueous zinc‐ion batteries (ZIBs) are promising as next‐generation energy storage devices for wearable electronics among other applications. However, sluggish ionic transport kinetics and the unstable electrode structure during ionic insertion/extraction hamper their deployment. Herein, a new cathode material based on a layered metal chalcogenide (LMC), bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ), coated with polypyrrole (PPy) is proposed. Taking advantage of the PPy coating, the Bi 2 Te 3 @PPy composite presents strong ionic absorption affinity, high oxidation resistance, and high structural stability. The ZIBs based on Bi 2 Te 3 @PPy cathodes exhibit high capacities and ultra‐long lifespans of over 5000 cycles. They also present outstanding stability even under bending. In addition, here the reaction mechanism is analyzed using in situ X‐ray diffraction, X‐ray photoelectron spectroscopy, and computational tools and it is demonstrated that, in the aqueous system, Zn 2+ is not inserted into the cathode as previously assumed. In contrast, proton charge storage dominates the process. Overall, this work not only shows the great potential of LMCs as ZIB cathode materials and the advantages of PPy coating, but also clarifies the charge/discharge mechanism in rechargeable ZIBs based on LMCs.
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