Tuning Zn2+ Deposition Kinetics towards Deep‐Reversible Zinc Metal Batteries with All‐Climate Adaptability

适应性 沉积(地质) 动力学 材料科学 金属 化学工程 环境科学 化学 冶金 地质学 工程类 生态学 生物 物理 古生物学 沉积物 量子力学
作者
Yining Chen,Shuang Zhou,Jianwen Li,Xin Zhang,Chuancong Zhou,Xiaodong Shi,Chunxiao Zhang,Guozhao Fang,Shuquan Liang,Zhi Su,Anqiang Pan
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/anie.202423252
摘要

Uncontrollable Zn dendrites and severe hydrogen evolution reaction (HER) hamper the practical application of aqueous zinc-metal batteries, which closely related to the deposition kinetics and thermodynamic stability of Zn anode. In this work, we returned to the classic perspectives of kinetics and thermodynamics, introducing a small amount of reduced glutathione (RGSH) to reshape the kinetic behavior of Zn2+ deposition and increasing the thermodynamic energy barrier of HER. Specifically, the steric hindrance effect of RGSH tuned the electrochemical reduction kinetics to match Zn2+ migration and increased the proportion of Zn2+ in the bulk phase migration, thereby inducing dendrite-free deposition behavior with ordered (002) texturing. Meanwhile, RGSH with abundant hydrogen bond donors and acceptors reconfigures the coordination network of water molecules for all-climate adaptability, eliminating the accumulation of "dead Zn" at low temperature and the HER corrosion at high temperature. As a results, the advanced Zn||Zn symmetric cells deliver an extra-long cycling performance (over 4600 h) and a wide temperature tolerance (-20°C~70°C). Additionally, the NH4V4O10||Zn full cell can operate stably for over 1000 cycles with 84.3% capacity retention. Surprisingly, the practical NH4V4O10||Zn pouch cell with limited N/P ratio (2.3) reserved 84.1% capacity after 150 cycles.
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