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Alloying strategy to stabilize monocrystalline zinc anode under high utilization and working capacity

材料科学 阳极 合金 共晶体系 腐蚀 化学工程 基质(水族馆) 冶金 枝晶(数学) 电镀(地质) 涂层 剥离(纤维) 电解质 电偶阳极 沉积(地质) 纳米技术 复合材料 阴极保护 电极 物理化学 化学 数学 地球物理学 海洋学 工程类 生物 古生物学 几何学 沉积物 地质学
作者
Lingxiao Ren,Liang Yao,Aoxuan Wang,Xiaobin Li,Zhenglin Hu,Jiayan Luo
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:70: 103434-103434 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2024.103434
摘要

Zn(002) has been proven as a dendrite-free anode for Zn batteries. However, stable Zn plating/stripping behavior at an areal capacity exceeding 5 mAh cm−2 has remained unfulfilled so far. In this study, we show that the planar deposit on pure Zn (002) substrate is loosely stacked with high corrosion tendency by the aqueous electrolyte, the key obstacle to achieving considerable efficiency under high-capacity working conditions. To mitigate the side reactions, we introduce an alloying approach by combining monocrystalline Zn(002) with eutectic Al and Cu. The alloying strategy enhances the electrostatic interaction between deposits and substrate, favoring a dense-packed deposition morphology with improved corrosion resistant ability. Solid solution property of Al and Cu in Zn matrix also ensures the structure stability during repeated plating/stripping cycles. As a result, significant extension in cycle life of Zn alloy (002)-based symmetric cells even under 50 mA cm−2 and 25 mAh cm−2 and performance with high utilization also achieves a leading level without extra methods on surface protection. The modified Zn alloy (002) anode induces high anode utilization, paving the way for Zn batteries to meet the requirements of practical applications.
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