Biomineralization-inspired dendrite-free Zn-electrode for long-term stable aqueous Zn-ion battery

材料科学 成核 化学工程 阳极 电池(电) 水溶液 生物矿化 电极 电解质 枝晶(数学) 纳米技术 化学 功率(物理) 物理 几何学 数学 有机化学 物理化学 量子力学 工程类
作者
Fan Zhang,Ting Liao,Cong Liu,Hong Peng,Wei Luo,Haoyu Yang,Cheng Yan,Ziqi Sun
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier]
卷期号:103: 107830-107830 被引量:27
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2022.107830
摘要

Rechargeable aqueous Zn-ion batteries (AZIB) are a promising type of energy storage device but suffer from the growth of uncontrollable Zn dendrites, which result in the shortcut of the battery. Herein, inspired by the regulated nucleation and growth of inorganic minerals from porous organic matrix within the biomineralization process, dopamine derived N-doped carbon spheres with abundant gaps and voids are assembled onto the Zn metal anode ([email protected]) as an artificial solid electrolyte interphase (SEI) layer to modulate the nucleation and growth of a smooth Zn layer without dendrites and suppress the corrosion and hydrogen evolution side reactions. When assembled into Zn-ion batteries, the bioinspired electrode presents comprehensive enhancements in terms of capacity, rate performance, and stability. This unique design of electrode allows long-term stable cycling up to 2100 h at 5 mA cm−2 for a symmetric battery and gives rise to the performance of 315 mAh g−1 at 0.5 A g−2 and 95% retention of its original capacity after 1000 cycles for the [email protected]//V2O5 pouch cell, which outperform most of reported Zn electrodes. The flexible pouch cells displace significant durability towards folding, bending, and piercing, demonstrating its capability for practical applications in wearable devices.
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