Desolvation Effect Triggered by TiS2‐TiO2 Heterostructure for Ultrahigh‐Rate Aqueous Zinc‐Ion Batteries

材料科学 异质结 水溶液 离子 光电子学 无机化学 纳米技术 物理化学 冶金 化学 物理 量子力学
作者
Manlin Chen,Min Zhou,Sheng Wang,Xu Cheng,Sheng Wang,Jing Ning,Sheng Wang,Kangli Wang,Kai Jiang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202414032
摘要

Abstract Aqueous Zn ion batteries (AZIBs) represent a promising candidate for the next‐generation energy storage and conversion systems due to their high safety and cost‐effectiveness. However, sluggish kinetics arising from interface desolvation processes pose challenges in achieving high‐power density and long cycle life for AZIBs. Here, it is discovered for the first time that heterostructures utilize built‐in electric field forces to promote the desolvation process at the electrode‐electrolyte interface. Density functional theory (DFT) calculations and structural characterization demonstrate that heterogeneous structures simultaneously accelerate the desolvation process and enhance ion diffusion, resulting in the outstanding rate performance (160.9 mA h g −1 at 5 A g −1 ) of TiS 2 ‐TiO 2 heterostructures, far exceeding that of a conventional TiS 2 electrode with 14.2% capacity retention. Meanwhile, the insertion/extraction of the desolvated charge carriers reduced the volume change of TiS 2 ‐TiO 2 material during the charging/discharging processes, enabling the long‐lasting cycling stability (108.6 mA h g −1 after 2000 cycles at 0.5 A g −1 ). This study provides instructive electrode design strategies for the construction of fast‐charging electrochemical energy storage systems.
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