Modulation of Solvation Structure and Electrode Work Function by an Ultrathin Layer of Polymer of Intrinsic Microporosity in Zinc Ion Batteries

材料科学 法拉第效率 电极 微型多孔材料 溶剂化 化学工程 工作职能 涂层 聚合物 图层(电子) 剥离(纤维) 离子 电解质 纳米技术 化学 复合材料 物理化学 冶金 有机化学 工程类
作者
Jiyun Heo,Young‐Eun Hwang,Gisu Doo,Jinkwan Jung,Kyung-Jae Shin,Dong‐Yeun Koh,Hee‐Tak Kim
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:18 (25) 被引量:18
标识
DOI:10.1002/smll.202201163
摘要

Zinc ion batteries are promising candidates for large-scale energy storage systems. However, they suffer from the critical problems of insufficient cycling stability due to internal short-circuiting by zinc dendrites and zinc metal orphaning. In this work, a polymer of intrinsic microporosity (PIM-1) is reported as an ion regulating layer and an interface modulator, which promotes a uniform Zn plating and stripping process. According to spectroscopic analyses and computational calculations, PIM-1 enhances the reaction kinetics of a Zn metal electrode by altering the solvation structure of Zn2+ ions and increasing the work function of the Zn surface. As a result, the PIM-1 coating significantly improves the cyclability (1700 h at 0.5 mA cm-2 ) and Coulombic efficiency (99.6% at 3 mA cm-2 ) of the Zn/Zn2+ redox reaction. Moreover, the PIM-1 coated Zn operates for more than 200 h at 70% Zn utilization even under 10 mA cm-2 and 110 h at 95% Zn utilization of the Zn metal electrode. A Zn||V2 O5 full cell employing the PIM-1 layer exhibits seven times longer cycle life compared to the cell using bare Zn. The findings in this report demonstrate the potential of microporous materials as a key ingredient in the design of reversible Zn electrodes.
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