Revolutionizing aqueous Zn-ion batteries: Precision control of H2O activity and Zn deposition through ammonium oxalate additive

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作者
Wenhao Ding,Guolang Zhou,Xiangjie Guo,Cheng Liu,Tianshi Wang,Yongsheng Fu,Jingzhou Yin,Lili Zhang,Edison Huixiang Ang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:481: 148544-148544 被引量:17
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.148544
摘要

The natural reactivity of Zn metal in aqueous environments leads to surface deterioration and uncontrolled dendrite growth, posing challenges in the advancement of Zn-ion batteries. In this research, we introduce an environmentally friendly and cost-effective electrolyte additive, ammonium oxalate (AO), to significantly extend the cycle life of Zn-ion batteries with minimal usage. Oxalate ions within AO actively participate in the solvation of hydrated Zn ions and attach to the Zn anode surface prior to H2O molecules, creating a robust solid-electrolyte interface (SEI) layer. This SEI layer serves a dual purpose: it inhibits further reactions with H2O and restricts the two-dimensional movement of Zn ions, promoting the preferential growth of the (0 0 2) crystal plane. Consequently, Zn||Zn cells exhibit an impressive lifespan surpassing 1800 h (at 1 mA cm−2, 1 mAh cm−2), and Zn||Cu cells experience a tenfold increase in cycling life. Moreover, Zn||MnO2 full cells, incorporating this low-cost and highly efficient inorganic additive, maintain an outstanding 80.84 % capacity retention after 1200 cycles at 1 A g−1. This breakthrough with AO offers a promising avenue for the practical implementation of Zn-ion batteries, emphasizing their cost-effectiveness and environmental sustainability.
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