An Aqueous Electrolyte Regulator for Highly Stable Zinc Anode Under −35 to 65 °C

材料科学 电解质 水溶液 电化学 化学工程 傅里叶变换红外光谱 X射线光电子能谱 石英晶体微天平 无机化学 化学 物理化学 电极 工程类 吸附
作者
Rui Wang,Quanwei Ma,Longhai Zhang,Zixiang Liu,Jiandong Wan,Jianfeng Mao,Hongbao Li,Shilin Zhang,Junnan Hao,Lin Zhang,Chaofeng Zhang
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:13 (40) 被引量:51
标识
DOI:10.1002/aenm.202302543
摘要

Abstract The reversibility and long‐term cycling stability of aqueous zinc‐ion batteries (AZIBs) in a wide temperature range have rarely been explored. Herein, diethylene glycol monoethyl ether (DG) is introduced as an electrolyte additive to enhance Zn performance within a wide temperature range of −35 to 65 °C. Operando synchrotron Fourier transform infrared spectroscopy analysis combined with molecular dynamics simulations reveal that the introduction of DG disrupts the initial hydrogen bonding network of the aqueous electrolyte, restructuring the solvation structure surrounding Zn 2+ ions and mitigating water‐induced parasitic reactions. Adding DG reduces the freezing point of the aqueous electrolyte without compromising its incombustibility. Moreover, operando electrochemical quartz crystal microbalance with dissipation monitoring (EQCM‐D) and X‐ray photoelectron spectroscopy demonstrated that the coordinated DG and OTF − undergo reductive decomposition, forming a self‐healing solid electrolyte interphase comprising an inorganic/organic ZnF 2 ‐ZnS, which can effectively suppress the notorious side reactions and guide the uniform Zn deposition. Consequently, the symmetric Zn/Zn cells demonstrate excellent cycling stability for 3500 h under 1 mA cm −2 at 25 °C, and for 1000 h under 1 mA cm −2 at both −35 and 65 °C. Full batteries with a DG‐containing electrolyte exhibit a long lifespan of 5000 cycles at 2 A g −1 .
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