Bifunctional Dynamic Adaptive Interphase Reconfiguration for Zinc Deposition Modulation and Side Reaction Suppression in Aqueous Zinc Ion Batteries

阳极 双功能 电解质 化学工程 材料科学 枝晶(数学) 电化学 相间 吸附 电极 无机化学 化学 有机化学 冶金 催化作用 工程类 物理化学 生物 遗传学 数学 几何学
作者
Huirong Wang,Anbin Zhou,Xin Hu,Zhengqiang Hu,Fengling Zhang,Yongxin Huang,Li Li,Feng Wu,Renjie Chen
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:17 (12): 11946-11956 被引量:41
标识
DOI:10.1021/acsnano.3c04155
摘要

Dendrite growth and electrode/electrolyte interface side reactions in aqueous zinc-ion batteries (AZIBs) not only impair the battery lifetime but also pose serious safety concerns for the battery system, hindering its application in large-scale energy storage systems. Herein, by introducing positively charged chlorinated graphene quantum dot (Cl-GQD) additives into the electrolyte, a bifunctional dynamic adaptive interphase is proposed to achieve Zn deposition regulation and side reaction suppression in AZIBs. During the charging process, the positively charged Cl-GQDs are adsorbed onto the Zn surface, acting as an electrostatic shield layer that facilitates smooth Zn deposition. In addition, the relative hydrophobic properties of chlorinated groups also build a hydrophobic protective interface for the Zn anode, mitigating the corrosion of the Zn anode by water molecules. More importantly, the Cl-GQDs are not consumed throughout the cell operation and exhibit a dynamic reconfiguration behavior, which ensures the stability and sustainability of this dynamic adaptive interphase. Consequently, the cells mediated by the dynamic adaptive interphase enable dendrite-free Zn plating/stripping for more than 2000 h. Particularly, even at 45.5% depth of discharge, the modified Zn//LiMn2O4 hybrid cells still retain 86% capacity retention after 100 cycles, confirming the feasibility of this simple approach for application with limited Zn sources.
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