Quasi-Solid Electrolyte Interphase Boosting Charge and Mass Transfer for Dendrite-Free Zinc Battery

相间 法拉第效率 电解质 阳极 枝晶(数学) 材料科学 化学工程 金属 无机化学 电极 化学 冶金 物理化学 遗传学 几何学 数学 工程类 生物
作者
Xueer Xu,Yifei Xu,Jingtong Zhang,Yu Lin Zhong,Zhongxu Li,Huayu Qiu,Hao Bin Wu,Jie Wang,Xiuli Wang,Changdong Gu,J.P. Tu
出处
期刊:Nano-micro Letters [Springer Science+Business Media]
卷期号:15 (1) 被引量:58
标识
DOI:10.1007/s40820-023-01031-7
摘要

The practical applications of zinc metal batteries are plagued by the dendritic propagation of its metal anodes due to the limited transfer rate of charge and mass at the electrode/electrolyte interphase. To enhance the reversibility of Zn metal, a quasi-solid interphase composed by defective metal-organic framework (MOF) nanoparticles (D-UiO-66) and two kinds of zinc salts electrolytes is fabricated on the Zn surface served as a zinc ions reservoir. Particularly, anions in the aqueous electrolytes could be spontaneously anchored onto the Lewis acidic sites in defective MOF channels. With the synergistic effect between the MOF channels and the anchored anions, Zn2+ transport is prompted significantly. Simultaneously, such quasi-solid interphase boost charge and mass transfer of Zn2+, leading to a high zinc transference number, good ionic conductivity, and high Zn2+ concentration near the anode, which mitigates Zn dendrite growth obviously. Encouragingly, unprecedented average coulombic efficiency of 99.8% is achieved in the Zn||Cu cell with the proposed quasi-solid interphase. The cycling performance of D-UiO-66@Zn||MnO2 (~ 92.9% capacity retention after 2000 cycles) and D-UiO-66@Zn||NH4V4O10 (~ 84.0% capacity retention after 800 cycles) prove the feasibility of the quasi-solid interphase.
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