Scalable and Controllable Synthesis of Interface-Engineered Nanoporous Host for Dendrite-Free and High Rate Zinc Metal Batteries

材料科学 阳极 纳米孔 化学工程 阴极 成核 纳米技术 储能 电极 量子力学 物理 工程类 物理化学 功率(物理) 有机化学 化学
作者
Yongling An,Yuan Tian,Shenglin Xiong,Jinkui Feng,Yitai Qian
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:15 (7): 11828-11842 被引量:162
标识
DOI:10.1021/acsnano.1c02928
摘要

Rechargeable zinc (Zn)-ion batteries are regarded as highly prospective candidates for next-generation renewable and safe energy storage systems. However, the uncontrolled dendrite growth of the Zn anode impedes their practical application. Here, a scalable and controllable approach is developed for converting commercial titanium (Ti) foil to 3D porous Ti, which retains good resistance to corrosion, high electrical conductivity, and excellent mechanical properties. Benefiting from a spontaneous ultrathin zincophilic titanium dioxide (TiO2) interfacial layer and continuous 3D structure, the 3D porous Ti can act as an effective host to achieve a 3D Ti/Zn metal anode. By ensuring homogeneous nucleation, uniform current distribution, and volume change accommodation, the dendritic growth of 3D Ti/Zn metal anode is effectively inhibited with stable Zn plating/stripping up to 2000 h with low polarization. When conjugated with a 3D sulfur-doped Ti3C2Tx MXene@MnO2 nanotube cathode, a high rate and stable Zn cell is achieved with 95.46% capacity retention after 500 cycles at a high rate of 5 A g-1. This work may also be interesting for researches in porous metals and other battery systems.
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