Stable anode-free zinc-ion batteries enabled by alloy network-modulated zinc deposition interface

合金 阳极 材料科学 阴极 法拉第效率 成核 沉积(地质) 化学工程 冶金 化学 电极 电气工程 工程类 古生物学 有机化学 物理化学 生物 沉积物
作者
Shiyin Xie,Yang Li,Liubing Dong
出处
期刊:Journal of Energy Chemistry [Elsevier]
卷期号:76: 32-40 被引量:119
标识
DOI:10.1016/j.jechem.2022.08.040
摘要

Newly-proposed anode-free zinc-ion batteries (ZIBs) are promising to remarkably enhance the energy density of ZIBs, but are restricted by the unfavorable zinc deposition interface that causes poor cycling stability. Herein, we report a Cu-Zn alloy network-modulated zinc deposition interface to achieve stable anode-free ZIBs. The alloy network can not only stabilize the zinc deposition interface by suppressing 2D diffusion and corrosion reactions but also enhance zinc plating/stripping kinetics by accelerating zinc desolvation and nucleation processes. Consequently, the alloy network-modulated zinc deposition interface realizes high coulombic efficiency of 99.2% and high stability. As proof, Zn//Zn symmetric cells with the alloy network-modulated zinc deposition interface present long operation lifetimes of 1900 h at 1 mA/cm2 and 1200 h at 5 mA/cm2, significantly superior to Zn//Zn symmetric cells with unmodified zinc deposition interface (whose operation lifetime is shorter than 50 h), and meanwhile, Zn3V3O8 cathode-based ZIBs with the alloy network-modified zinc anodes show notably enhanced rate capability and cycling performance than ZIBs with bare zinc anodes. As expected, the alloy network-modulated zinc deposition interface enables anode-free ZIBs with Zn3V3O8 cathodes to deliver superior cycling stability, better than most currently-reported anode-free ZIBs. This work provides new thinking in constructing high-performance anode-free ZIBs and promotes the development of ZIBs.
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