Antifreezing polymeric-acid electrolyte for high-performance aqueous zinc-ion batteries

材料科学 电解质 钝化 阳极 法拉第效率 化学工程 电化学 水溶液 超亲水性 电极 无机化学 纳米技术 图层(电子) 润湿 冶金 复合材料 有机化学 化学 物理化学 工程类
作者
Jingteng Zhao,Congying Song,Shaobo Ma,Qixin Gao,Zhujie Li,Ying Dai,Guoxing Li
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier]
卷期号:61: 102880-102880 被引量:79
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2023.102880
摘要

Zinc (Zn) anodes suffer from hydrogen evolution, surface passivation, and dendrite growth, severely restricting the practical application of aqueous Zn-ion batteries (ZIBs). Here, we report an antifreezing polymeric-acid electrolyte with polyethylene glycol diacid (PEGDA) to realize stable Zn anodes in strongly acidic environment and enable high-performance ZIBs. The polymeric-acid electrolyte provides a strongly acidic environment to eliminate the surface passivation of Zn anodes associated with OH−, changes Zn-ion solvation structure to alleviate H2O-decomposition-induced side reactions, and enables a dendrite-free Zn deposition with an epitaxial growth along the (002)Zn plane. Stable cross-linked polymeric electrode/electrolyte interphases (-ZnOOC-PEG-COOZn-) at bilateral electrodes are formed. Accordingly, the Zn anodes exhibit a high average Coulombic efficiency (CE) of 99.89% over 2500 cycles, even at a high depth of discharge (64%). The Zn//Zn symmetric cells deliver an ultra-long cycling life over 5700 h at 1 mA cm−2 and 1 mA h cm−2. The Zn//ZnxV2O5·nH2O full cells show excellent cycling stability (10,000 cycles) and capacity retention (80.60%) at high current densities. We also demonstrate practical pouch cells showing outstanding electrochemical performance. The electrolyte can enable batteries to work at subzero temperatures (−10 °C) with excellent performance (an average Zn plating/stripping CE of 99.95% for 1200 cycles).
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