Synergistic Manipulation of Zn2+ Ion Flux and Desolvation Effect Enabled by Anodic Growth of a 3D ZnF2 Matrix for Long‐Lifespan and Dendrite‐Free Zn Metal Anodes

法拉第效率 材料科学 阳极 电极 箔法 化学工程 分析化学(期刊) 冶金 复合材料 化学 色谱法 物理化学 工程类
作者
Yang Yang,Chaoyue Liu,Zeheng Lv,Hao Yang,Yufei Zhang,Minghui Ye,Libao Chen,Jinbao Zhao,Cheng Chao Li
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:33 (11): e2007388-e2007388 被引量:555
标识
DOI:10.1002/adma.202007388
摘要

Aqueous rechargeable Zn metal batteries have attracted widespread attention due to the intrinsic high volumetric capacity, low cost, and high safety. However, the low Coulombic efficiency and limited lifespan of Zn metal anodes resulting from uncontrollable growth of Zn dendrites impede their practical application. In this work, a 3D interconnected ZnF2 matrix is designed on the surface of Zn foil (Zn@ZnF2 ) through a simple and fast anodic growth method, serving as a multifunctional protective layer. The as-fabricated Zn@ZnF2 electrode can not only redistribute the Zn2+ ion flux, but also reduce the desolvation active energy significantly, leading to stable and facile Zn deposition kinetics. The results reveal that the Zn@ZnF2 electrode can effectively inhibit dendrites growth, restrain the hydrogen evolution reactions, and endow excellent plating/stripping reversibility. Accordingly, the Zn@ZnF2 electrode exhibits a long cycle life of over 800 h at 1 mA cm-2 with a capacity of 1.0 mAh cm-2 in a symmetrical cell test, the feasibility of which is also convincing in Zn@ZnF2 //MnO2 and Zn@ZnF2 //V2 O5 full batteries. Importantly, a hybrid zinc-ion capacitor of the Zn@ZnF2 //AC can work at an ultrahigh current density of ≈60 mA cm-2 for up to 5000 cycles with a high capacity retention of 92.8%.
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