Strong Metal‐Support Interaction to Invert Hydrogen Evolution Overpotential of Cu Coating for High‐Coulombic‐Efficiency Stable Zn Anode in Aqueous Zn‐Ion Batteries

过电位 法拉第效率 材料科学 阳极 水溶液 涂层 金属 离子 无机化学 化学工程 电化学 冶金 纳米技术 电极 物理化学 有机化学 化学 工程类
作者
Sheng Chen,Kefeng Ouyang,Youfa Liu,Hongyu Qin,Mangwei Cui,Ao Liu,Yihan Wang,Kun Zhang,Yan Huang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
被引量:1
标识
DOI:10.1002/adma.202417775
摘要

Abstract Cu exhibits strong zincophilic properties but suffers from a much lower hydrogen evolution reaction (HER) overpotential compared to Zn, which significantly undermines the coulombic efficiency and stability of the Zn anode. Consequently, Cu is regarded as an unsuitable coating for Zn anode protection. In this work, the HER overpotential of Cu versus Zn is inverted through strong metal‐support interaction (SMSI) to modify the electronic structure of Cu. This interaction facilitates electron transfer, enriching positive charge and slowing down the adsorption kinetics of H + on the Cu surface. As a result, at very low current densities of 0.2 and 2 mA cm⁻ 2 , the Cu‐coated‐Zn||Cu cell achieves exceptionally high coulombic efficiencies of 99.11% and 99.91% over 2500 and 1600 h of cycling (100% depth of discharge (DOD)), which remarkably surpasses the performance of Zn anode protective coatings all reported. Moreover, a 1 Ah soft‐packed full battery is not bulged and retains 94.7% of its initial capacity after 150 cycles. This study overturns the conventional concept by leveraging SMSI to tune the electronic structure, reverses the HER overpotential, and expands the range of viable metals for anode protection in aqueous metal batteries.
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