Capping Effect on High‐Active Nucleated‐Zn Toward Hydrogen Evolution‐Free Zn Metal Batteries

材料科学 金属 纳米技术 化学工程 冶金 有机化学 化学 工程类
作者
Jianping Chen,Wanyu Zhao,Jinlei Zhang,Bowen Zhang,Ke Ye,Shangyu Liu,Jun Zhong,Xiaoli Zhao,Zhenghui Pan,Xiaowei Yang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202421442
摘要

Abstract Aqueous Zn‐ion batteries are promising for large‐scale energy storage due to low cost and high safety. However, aqueous electrolyte induces severe side reactions at Zn anode, especially hydrogen evolution reaction (HER). Herein, it is first revealed that the freshly nucleated‐Zn (FN‐Zn) atoms during plating process show higher reactivity and stronger adsorption of proton than metallic Zn anode by X‐ray absorption near edge structure (XANES) and corresponding extended X‐ray absorption fine structure (EXAFS), and density functional theory simulations, promoting the decomposition of H 2 O. Then, a universal and effective capping effect strategy is proposed to alleviate HER by electrostatically shielding FN‐Zn activity. Specifically, sodium benzenesulfonate (SBS) is selected as a typical example by screening and comparing a series of electrolyte additives, in which sulfonate group with high coordination energy can be preferentially capped on FN‐Zn to reduce its reactivity. Consequently, the symmetrical cell with SBS not only generates negligible amounts of H 2 by in situ electrochemical‐gas chromatography but also can be up to 2550 h at 1 mA cm −2 . More importantly, the capping effect on HER‐free Zn anode is verified by coin full cells exhibiting capacity retention of≈87.1% after 1000 cycles and large‐area (4 × 6 cm 2 ) pouch cells with desired performance.

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