Optimizing Porous Metal–Organic Layers for Stable Zinc Anodes

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作者
Liling Lei,Binghua Zhao,Xudong Pei,Lei Gao,Yulun Wu,Xinyu Xu,Peng Wang,Shishan Wu,Shuai Yuan
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (1): 485-495 被引量:15
标识
DOI:10.1021/acsami.3c12369
摘要

Aqueous zinc-ion batteries (ZIBs) have been considered as alternative stationary energy storage systems, but the dendrite and corrosion issues of Zn anodes hinder their practical applications. Here we report a series of two-dimensional (2D) metal–organic frameworks (MOFs) with Zr12 clusters, which act as artificial solid electrolyte interphase (SEI) layers to prevent dendrites and corrosion of Zn anodes. The Zr12-based 2D MOF layers were formed by incubating 3D layer-pillared Zr-MOFs in ZnSO4 aqueous electrolytes, which replaced the pillar ligands with terminal SO42–. Furthermore, the pore sizes of Zr12-based 2D MOF layers were systematically tuned, leading to optimized Zn2+ conduction properties and protective performance for Zn anodes. In contrast to the traditional 2D-MOFs with Zr6 clusters, Zr12-based 2D MOF layers as artificial SEI significantly reduced the polarization and increased the stability of Zn anodes in MOF@Zn||MOF@Zn symmetric cells and MOF@Zn||MnO2 full cells. In situ experiments and DFT computations reveal that the enhanced cell performance is attributed to the unique Zr12-based layered structure with intrinsic pores to allow fast Zn2+ diffusion, surface Zr-SO4 zincophilic sites to induce uniform Zn deposition, and inhibited hydrogen evolution by 2D MOF Zr12 layers.
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