Synergistic Modulation of Mass Transfer and Parasitic Reactions of Zn Metal Anode via Bioinspired Artificial Protection Layer

法拉第效率 阳极 材料科学 阴极 化学工程 电化学 水溶液 原子层沉积 电极 纳米技术 图层(电子) 化学 有机化学 工程类 物理化学
作者
Qianzhi Gou,Zhaoyu Chen,Haoran Luo,Jiangbin Deng,Ben Zhang,Nuo Xu,Junyi Cui,Yujie Zheng,Meng Li,Jun Li
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (6) 被引量:21
标识
DOI:10.1002/smll.202305902
摘要

Abstract Rechargeable aqueous zinc–ion batteries are regarded as promising energy storage devices due to their attractive economic benefits and extraordinary electrochemical performance. However, the sluggish Zn 2+ mass transfer behavior and water‐induced parasitic reactions that occurred on the anode–electrode interface inevitably restrain their applications. Herein, inspired by the selective permeability and superior stability of plasma membrane, a thin UiO‐66 metal‐organic framework layer with smart aperture size is ex‐situ decorated onto the Zn anode. Experimental characterizations in conjunction with theoretical calculations demonstrate that this bio‐inspired layer promotes the de‐solvation process of hydrated Zn 2+ and reduces the effective contact between the anode and H 2 O molecules, thereby boosting Zn 2+ deposition kinetics and restraining interfacial parasitic reactions. Hence, the Zn||Zn cells could sustain a long lifespan of 1680 h and the Zn||Cu cells yielded a stable coulombic efficiency of over 99.3% throughout 600 cycles under the assistance of the bio‐inspired layer. Moreover, pairing with δ‐MnO 2 cathode, the full cells also demonstrate prominent cycling stability and rate performance. From the bio‐inspired design philosophy, this work provides a novel insight into the development of aqueous batteries.
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