Dendrite‐Free Zinc Anodes Enabled by Exploring Polar‐Face‐Rich 2D ZnO Interfacial Layers for Rechargeable Zn‐Ion Batteries

材料科学 阳极 纳米棒 钝化 电偶阳极 化学工程 电解质 电化学 纳米技术 冶金 电极 阴极保护 图层(电子) 化学 物理化学 工程类
作者
Xueqing Hu,Joanna Borowiec,Yijia Zhu,Xiaopeng Liu,Ruiqi Wu,Alex M. Ganose,Ivan P. Parkin,Buddha Deka Boruah
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (18) 被引量:11
标识
DOI:10.1002/smll.202306827
摘要

Abstract Zinc metal is a promising candidate for anodes in zinc‐ion batteries (ZIBs), but its widespread implementation is hindered by dendrite growth in aqueous electrolytes. Dendrites lead to undesirable side reactions, such as hydrogen evolution, passivation, and corrosion, causing reduced capacity during prolonged cycling. In this study, an approach is explored to address this challenge by directly growing 1D zinc oxide (ZnO) nanorods (NRs) and 2D ZnO nanoflakes (NFs) on Zn anodes, forming artificial layers to enhance ZIB performance. The incorporation of ZnO on the anode offers both chemical and thermal stability and leverages its n ‐type semiconductor nature to facilitate the formation of ohmic contacts. This results in efficient electron transport during Zn ion plating and stripping processes. Consequently, the ZnO NFs‐coated Zn anodes demonstrate significantly improved charge storage performance, achieving 348 mAh g −1 , as compared to ZnO NRs (250 mAh g −1 ) and pristine Zn (160 mAh g −1 ) anodes when evaluated in full cells with V 2 O 5 cathodes. One significant advantage of ZnO NFs lies in their highly polar surfaces, promoting strong interactions with water molecules and rendering them exceptionally hydrophilic. This characteristic enhances the ability of ZnO NFs to desolvate Zn 2+ ions, leading to improved charge storage performance.

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