Reviving Zn0 Dendrites to Electroactive Zn2+ by Mesoporous MXene with Active Edge Sites

过电位 化学 介孔材料 枝晶(数学) 电化学 电子转移 纳米技术 化学工程 电极 光化学 材料科学 物理化学 有机化学 催化作用 工程类 数学 几何学
作者
Fanxing Bu,Zhihao Sun,Wanhai Zhou,Yanyan Zhang,Yongjin Chen,Bing Ma,Xiaoxu Liu,Pei Liang,Chenglin Zhong,Ruizheng Zhao,Hongpeng Li,Lipeng Wang,Tengsheng Zhang,Boya Wang,Zaiwang Zhao,Jie Zhang,Wei Li,Yasseen S. Ibrahim,Yasser A. Hassan,Ahmed A. Elzatahry
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (44): 24284-24293 被引量:149
标识
DOI:10.1021/jacs.3c08986
摘要

Zinc metal-based aqueous batteries (ZABs) offer a sustainable, affordable, and safe energy storage alternative to lithium, yet inevitable dendrite formation impedes their wide use, especially under long-term and high-rate cycles. How the battery can survive after dendrite formation remains an open question. Here, we pivot from conventional Zn dendrite growth suppression strategies, introducing proactive dendrite-digesting chemistry via a mesoporous Ti3C2 MXene (MesoTi3C2)-wrapped polypropylene separator. Spectroscopic characterizations and electrochemical evaluation demonstrate that MesoTi3C2, acting as an oxidant, can revive the formed dead Zn0 dendrites into electroactive Zn2+ ions through a spontaneous redox process. Density functional theory reveals that the abundant edge-Ti-O sites in our MesoTi3C2 facilitate high oxidizability and electron transfer from Zn0 dendrites compared to their in-plane counterparts. The resultant asymmetrical cell demonstrates remarkable ultralong cycle life of 2200 h at a practical current of 5 mA cm-2 with a low overpotential (<50 mV). The study reveals the unexpected edge effect of mesoporous MXenes and uncovers a new proactive dendrite-digesting chemistry to survive ZABs, albeit with inevitable dendrite formation.
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