Excluding the Trouble from Interfacial Water by Covalent Organic Polymer to Realize Extremely Reversible Zn Anode

材料科学 阳极 共价键 聚合物 电化学 电解质 法拉第效率 拉曼光谱 水溶液 溶剂化 化学工程 纳米技术 有机化学 电极 分子 复合材料 物理化学 光学 物理 工程类 化学
作者
Xuyan Ni,Jinqiu Zhou,Haoqing Ji,Yuejiao Chen,Huaming Yu,Yiwei Zheng,Tao Qian,Mengfan Wang,Libao Chen,Chenglin Yan
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:33 (37) 被引量:23
标识
DOI:10.1002/adfm.202302293
摘要

Abstract The side reactions related to water are the major issue hindering practical application of Zn metal batteries. To exclude the trouble from interfacial water, a covalent organic polymer (COP) layer with N, N′‐Bis(salicylidene)ethylenediamine structure is designed, whose strong coordination ability with Zn 2+ enhances the de‐solvation kinetics of solvated Zn 2+ which is conducive to interfacial water removal thus alleviating the side reactions related to water. This function has been certified by density functional theory along with molecular dynamics analysis. Moreover, measurements including in situ electrochemical gas chromatography, in situ optical microscopy, in situ X‐ray diffraction and in situ Raman spectroscopy verify the weakened side reactions (including hydrogen evolution and corrosion) along with homogenous Zn deposition contributed from the covalent organic polymer layer. Benefiting from these merits, when assemble into cells based on common ZnSO 4 ‐based aqueous electrolyte, the COP layer‐decorated anode exhibits excellent electrochemical performance of a high average Coulombic efficiency value 99.5% at a high capacity of 5.0 mA h cm −2 . What's more, the symmetric cells can operate at −20 °C and the full cell with N/P ratio as low as 1.2 can cycle stably for 100 cycles, which would carry forward the promising practical application of Zn metal batteries.
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