Achieving an ion-homogenizing and corrosion-resisting interface through nitro-coordination chemistry for stable zinc metal anodes

腐蚀 金属 化学 硝基 阳极 电镀(地质) 水溶液 枝晶(数学) 水溶液中的金属离子 无机化学 化学工程 物理化学 电极 有机化学 几何学 工程类 地质学 数学 烷基 地球物理学
作者
Jizhen Wang,Long Jiao,Qiaoyun Liu,Wei Xin,Yechen Lei,Tian Zhang,Leixin Yang,Dengkun Shu,Shuo Yang,Kaihua Li,Chenyang Li,Chao Yi,Hongyuan Bai,Yuchao Ma,Huan Li,Wenjun Zhang,Bowen Cheng,Bowen Cheng
出处
期刊:Journal of Energy Chemistry [Elsevier BV]
卷期号:94: 10-18 被引量:16
标识
DOI:10.1016/j.jechem.2024.02.034
摘要

Suppression of uncontrollable dendrite growth and water-induced side reactions of Zn metal anodes is crucial for achieving long-lasting cycling stability and facilitating the practical implementations of aqueous Zn-metal batteries. To address these challenges, we report in this study a functional nitro-cellulose interfacial layer (NCIL) on the surface of Zn anodes enlightened by a nitro-coordination chemistry strategy. The NCIL exhibits strong zincophilicity and superior coordination capability with Zn2+ due to the highly electronegative and highly nucleophilic nature of the nitro functional group. This characteristic facilitates a rapid Zn-ion desolvation process and homogeneous Zn plating, effectively preventing H2 evolution and dendrite formation. Additionally, the negatively charged surface of NCIL acts as a shield, repelling SO42− anions and inhibiting corrosive reactions on the Zn surface. Remarkably, reversible and stable Zn plating/stripping is achieved for over 5100 h at a current density of 1 mA cm− 2, which is nearly 30 times longer than that of bare Zn anodes. Furthermore, the Zn//V2O5 full cells with the functional interface layer deliver a high-capacity retention of 80.3% for over 10,000 cycles at 5A g− 1. This research offers valuable insights for the rational development of advanced protective interface layers in order to achieve ultra-long-life Zn metal batteries.
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